一种金属透镜及双极化金属透镜天线制造技术

本发明专利技术提供了一种金属透镜及双极化金属透镜天线，其中，金属透镜包括若干不同长度且为全金属制作的方形开口波导单元，各方形开口波导单元平行设置，并组合形成栅格状阵列结构，以实现将金属透镜焦点处馈源发出的球面波通过金属透镜后变为平面波。相比于现有的金属透镜天线，本发明专利技术的金属透镜天线采用了新型结构设计的金属透镜，焦距没有最小值限制，使得天线理论上可以支持任意焦径比，可较好的适用于一些要求馈源与透镜距离较近的应用场景中。此外，进一步优化设计的基于菲涅尔结构的金属透镜可有效解决随金属透镜的口径的增大，金属透镜的厚度会急剧增大的问题，使得本发明专利技术的金属透镜天线更利于实际应用。属透镜天线更利于实际应用。属透镜天线更利于实际应用。

【技术实现步骤摘要】
一种金属透镜及双极化金属透镜天线


[0001]本专利技术涉及无线通信系统中的天线技术，尤其是一种金属透镜及双极化金属透镜天线。

技术介绍

[0002]天线作为无线通信系统和雷达系统等系统中缺一不可的重要组件，天线的性能决定了整个无线系统的性能和质量。随着以5G、物联网为代表的无线通信技术的全面推进，迫切需要开发合适其应用场景的高品质天线组件。透镜天线作为天线的一个重要分支，广泛用于移动通信、毫米波通信、卫星通信等方面。
[0003]目前常用的高增益透镜天线，大致可分为介质透镜(减速透镜)，金属透镜(加速透镜)，阵列透镜(透射阵列透镜和反射阵列透镜)和超透镜(超表面透镜和超材料透镜)。介质透镜和金属透镜都可以看做光学透镜，通过改变透镜的形状使馈源发出的球面波转换为平面波实现高增益。介质透镜的介电常数一般都大于1，所以一般都是凸透镜，金属透镜一般等效的折射率小于1，所以一般金属透镜都是凹透镜。投射阵列的原理是通过改变馈源入射到阵元的电磁波的相位，实现高增益，波束成形等功能，根据结构分类一般分为透射阵列和反射阵列。
[0004]就目前常用的介质透镜而言，制作材料是介质，自身会有介质损耗，尤其在高频毫米波频段，介质损耗会迅速增大，低介质损耗的材料在毫米波段成本较高。除此之外，介质透镜很难在高功率应用中使用。阵列透镜的主要缺点和介质透镜相同，大部分阵列透镜都需要基板，导致介质损耗加大和功率容量较小，虽然有全金属结构的阵列透镜，但大都带宽很窄或结构非常细小，加工非常复杂，难以在毫米波段加工实现。超透镜由于单元实现的特性大都是谐振结构实现，导致整体带宽非常窄，功率容量也较小。相对地，金属透镜的主要优点在于结构简单，增益带宽宽，功率容量高，没有介质损耗。
[0005]目前采用的金属透镜天线通常由许多块长度不同的金属板平行放置而成。金属板垂直于地面，愈靠近中间的金属板愈短。电波在平行金属板中传播时受到加速。从辐射源(馈源)发出的球面波经过金属透镜时，愈靠近透镜边缘，受到加速的路径愈长，而在中间则受到加速的路径就短。因此，经过金属透镜后的球面波就变成平面波。然而，现有的金属透镜的曲面通常为椭球面，为达到将球面波转换为平面波的目的，现有金属透镜的焦距f有一个最小值，也就是说其焦径比f/D(D为金属透镜的口径)存在最小值，从而使得现有金属透镜难以适用于一些要求馈源与透镜距离较近的需求场景中。因此，在目前对天线小型化的需求趋势下，有必要对现有金属透镜天线作出改进。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于至少部分的解决上述现有技术问题，提供一种双极化金属透镜及透镜天线。
[0007]本专利技术的目的之一是这样实现的：一种金属透镜，包括若干不同长度且为全金属
制作的方形开口波导单元，各方形开口波导单元平行设置，并组合形成栅格状阵列结构，以实现金属透镜焦点处发出的球面波通过金属透镜后变为平面波。
[0008]优选的，各方形开口波导单元的一端平齐形成平面阵面，另一端排布形成非平面阵列。
[0009]优选的，各方形开口波导单元的一端平齐形成平面阵面，另一端排布形成曲面，所述曲面等效为由曲线沿x轴旋转形成，所述曲线满足：
[0010][0011]其中，x和y为金属透镜曲线上的点在平面直角坐标系下的坐标值，所述平面直角坐标系以金属透镜曲线的中点为坐标原点，以曲线中点处的切线为y轴，x轴垂直于透镜口径面，x0为金属透镜平面侧的x坐标值，f2为金属透镜的焦距，v为方形波导中传播的主模的相速度，v0为自由空间中的波速。
[0012]优选的，所述方形开口波导单元配置为正方形波导管。
[0013]优选的，正方形波导管正方形的边长为7mm，管壁厚为1mm。
[0014]优选的，各方形开口波导单元的一端平齐形成平面阵面，另一端排布形成对称结构的非平面阵面，以构成菲涅尔结构。
[0015]本专利技术的另一目的在于，提供一种双极化金属透镜天线，包括馈源天线和以上所述的金属透镜，馈源天线面向金属透镜的平面阵面，且馈源中心位于金属透镜的焦点处。
[0016]优选的，还包括相连接的同轴波导转接器和正交模耦合器，正交模耦合器连接所述馈源天线。
[0017]本专利技术的有益效果体现在：
[0018]相比于现有的金属透镜天线，本专利技术提供的金属透镜天线采用了新型结构设计的金属透镜，焦距没有最小值限制，使得天线理论上可以支持任意焦径比，可较好的适用于一些要求馈源与透镜距离较近的应用场景中。此外，进一步优化设计的基于菲涅尔结构的金属透镜可有效解决随金属透镜的口径的增大，金属透镜的厚度会急剧增大的问题，使得本专利技术的金属透镜天线更利于实际应用。
附图说明：
[0019]图1为本专利技术实施例的方形开口波导单元的开口结构示意图；
[0020]图2为本专利技术一种实施例的金属透镜的结构示意图；
[0021]图3为本专利技术实施例金属透镜与现有金属透镜的原理对比图；
[0022]图4为本专利技术另一实施例金属透镜的结构示意图；
[0023]图5为本专利技术实施例的双极化金属透镜天线的结构示意图；
[0024]图6为本专利技术实施例双极化金属透镜天线的双圆极化辐射时峰值增益和轴比测试结果图；
[0025]图7为本专利技术实施例双极化金属透镜天线的双线极化峰值增益测试结果图；
[0026]图8为本专利技术实施例双极化金属透镜天线的线极化辐射方向图；
[0027]图9为本专利技术实施例双极化金属透镜天线的圆极化辐射方向图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]请参阅图1
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9所示，本专利技术提供的具体实施例如下：
[0030]参阅图1
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4所示，提供一种金属透镜，包括若干不同长度且为全金属制作的方形开口波导单元1，各方形开口波导单元平行设置，并组合形成栅格状阵列结构，以实现金属透镜焦点处发出的球面波通过金属透镜后变为平面波。
[0031]可以理解的是，本实施例方案中，所述的方形开口波导单元是指具有两端开口，并通过四周的金属壁围成有方形波导腔的波导结构单元，方形开口波导单元的长度可理解为方形波导腔的长度；各方形开口波导单元相互平行，组合形成栅格状阵列结构，即每个方形开口波导单元构成了一个独立的单元格，且每个方形开口波导单元作为一个阵列单元，方形开口的尺寸相同。进一步应该说明的是，相比现有的采用平行金属板构成的金属透镜而言，本实施例中以若干独立的方形开口波导单元形成栅格状的阵列分布结构，有利于获得更为规整的波束形状，提高辐射方向性。此外，从金属透镜的制备工艺而言，现有的金属透镜通常需要分别制作出多个长度不同的金属板，并且金属板相对的两端需加工为特定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属透镜，其特征在于，包括若干不同长度且为全金属制作的方形开口波导单元，各方形开口波导单元平行设置，并组合形成栅格状阵列结构，以实现将金属透镜焦点处馈源发出的球面波通过金属透镜后变为平面波。2.根据权利要求1所述的金属透镜，其特征在于，各方形开口波导单元的一端平齐形成平面阵面，另一端排布形成非平面阵列。3.根据权利要求2所述的金属透镜，其特征在于，各方形开口波导单元的一端平齐形成平面阵面，另一端排布形成曲面，所述曲面等效为由曲线沿x轴旋转形成，所述曲线满足：其中，x和y为金属透镜曲线上的点在平面直角坐标系下的坐标值，所述平面直角坐标系以金属透镜曲线的中点为坐标原点，以中点处的切线为y轴，x轴垂直于金属透镜口径面，x0为金属透镜平面侧的x坐标值，f2为金属透镜的焦距，v为方形波导中传播的主模的相速度，v...

【专利技术属性】
技术研发人员：董元旦，程洋，王熙，马增红，
申请(专利权)人：成都频岢微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：