一种基于全金属超材料的宽带高效率多波束龙伯透镜天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于全金属超材料的宽带高效率多波束龙伯透镜天线，包括喇叭形平行板波导、龙伯透镜以及矩形波导馈电结构；喇叭形平行板波导中间与龙伯透镜有一定的距离；矩形波导馈电结构与龙伯透镜也有一定的距离。本发明专利技术从8GHz到12GHz，S11都小于

【技术实现步骤摘要】
一种基于全金属超材料的宽带高效率多波束龙伯透镜天线


[0001]本专利技术涉及龙伯透镜的应用领域，特别是一种基于全金属超材料的宽带高效率多波束龙伯透镜天线。

技术介绍

[0002]在无线通信系统中，多波束天线正日益成为不可或缺的组成部分。这种天线能够产生几个指定波束，以覆盖定义的角度范围。目前产生多波束的主要技术包括采用电路型波束形成网络或准光学多波束天线系统。特别是，由于具有广角扫描、宽带宽和高增益等优越性能，龙伯透镜是多波束天线应用(如远程点对多点通信)的首选。
[0003]值得注意的是，由于制造技术的进步，龙伯透镜的梯度折射率的实现是通过几何参数的逐渐变化来实现的，这也重新引起了人们对龙伯透镜设计的兴趣。然而现有的龙伯透镜结构都是全介质结构，往往存在严重的介电损耗和较低的辐射效率的缺点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于全金属超材料的宽带高效率多波束龙伯透镜天线，进一步降低介电损耗和提高辐射效率，用于解决目标频段内介电损耗严重和辐射效率较低的问题。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案是：一种基于全金属超材料的宽带高效率多波束龙伯透镜天线，包括喇叭形平行板波导、龙伯透镜以及矩形波导馈电结构；所述喇叭形平行板波导的上下金属平板与龙伯透镜之间、矩形波导馈电结构与龙伯透镜之间均有一定的距离。
[0006]进一步的，所述的喇叭形平行板波导、龙伯透镜以及矩形波导馈电结构均为全金属打印制作。
[0007]进一步的，所述的喇叭形平行板波导材料为铝合金。
[0008]进一步的，所述的龙伯透镜材料为铝合金。
[0009]进一步的，所述的矩形波导馈电结构材料为铝合金。
[0010]进一步的，所述的龙伯透镜半径为90mm。
[0011]进一步的，所述的喇叭形平行板波导的上下两层金属板之间的高度为10.16mm。
[0012]进一步的，龙伯透镜单元模型在厚度为10.16mm的喇叭形平行板波导中构造，龙伯透镜单元模型与上下两层金属板分离。
[0013]进一步的，龙伯透镜单元模型主要由一个可调长方体和两个十字形支撑长方体组合而成，设入射波沿z轴传播，电场沿x方向，可调长方体沿x方向摆放，两个支撑长方体分别沿z方向和y方向摆放，支撑长方体连接相邻的单元模型。
[0014]进一步的，龙伯透镜单元模型的周期p＝5.0mm，可调长方体的长度和高度w＝1.0mm，支撑长方体的高度t1＝2.0mm，支撑长方体的宽度t2＝2.0mm。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0016](1)针对之前全介质结构存在严重介质损耗和较低辐射效率的问题，本专利技术将全
金属应用在龙伯透镜的设计中，有效降低了介质损耗和提高了辐射效率；
[0017](2)针对以往的全金属设计，本专利技术的全金属单元不是依附于平行板的上层或者下层，这样单元模型更容易灵活成型，同时也不需要支撑结构存在于平行板内部；
[0018](3)实现了显著的带宽提升。本专利技术的相对阻抗带宽为40％，在8GHz到12GHz的频带范围内反射系数和隔离系数都小于
‑
15dB，远远超出了目前龙伯透镜天线专利技术所能取得的效果。
附图说明
[0019]图1为本专利技术基于全金属超材料的宽带高效率的多波束龙伯透镜天线的单元模型示意图。
[0020]图2为本专利技术基于全金属超材料的宽带高效率的多波束龙伯透镜天线的单元模型和整个模型对比图。
[0021]图3为本专利技术基于全金属超材料的宽带高效率的多波束龙伯透镜天线的平面图。
[0022]图4为本专利技术基于全金属超材料的宽带高效率的多波束龙伯透镜天线的俯视图。
[0023]图5为本专利技术基于全金属超材料的宽带高效率的多波束龙伯透镜天线的侧视图。
[0024]图6为本专利技术基于全金属超材料的宽带高效率的多波束龙伯透镜天线的仿真与测试的反射系数对比图。
[0025]图7为本专利技术基于全金属超材料的宽带高效率的多波束龙伯透镜天线的仿真的隔离系数示意图。
[0026]图8为本专利技术基于全金属超材料的宽带高效率的多波束龙伯透镜天线的测试的隔离系数示意图。
[0027]图9为本专利技术基于全金属超材料的宽带高效率的多波束龙伯透镜天线的仿真与测试的天线增益对比图。
具体实施方式
[0028]随着无线通信系统的飞速发展，多波束天线正日益成为不可或缺的组成部分，其中龙伯透镜受到了广泛的关注。而目前龙伯透镜都是全介质结构，往往存在严重的介电损耗和较低的辐射效率的缺点。并且其阻抗带宽往往小于30％。
[0029]下面结合说明书附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0030]本专利技术提供的一种基于全金属超材料的宽带高效率的多波束龙伯透镜天线，主要由喇叭形平行板波导1、龙伯透镜2、以及矩形波导馈电结构3组成；能量由矩形波导馈入以后，通过馈电连接结构进入平行板波导1内部的龙伯透镜2，随后由龙伯透镜2进行传播并辐射出去。
[0031]首先设计龙伯透镜的单元模型，其中采用了全金属结构，单元模型是在厚度为l的平行波导中构造的，与大多数平行板波导单元不同的是，单元模型是与上下平板分离的。入射波沿z轴传播，电场沿x方向，周期都是p沿z和y方向。单元模型的结构主要由一个可调长方体和两个十字形支撑长方体组合而成，可调长方体沿x方向摆放，两个支撑长方体分别沿z方向和y方向摆放，利用可调长方体高度的变化改变折射率，满足龙波透镜的折射率要求。支撑长方体能够连接相邻的单元模型，使整个结构成为一个整体。
[0032]随后，设计矩形波导到平行板波导和龙伯透镜的结构。由于龙伯透镜和平行板波导是分离的，在制作的过程中需要一个支撑，为此，在平行板波导和矩形波导馈电结构中间加了金属结构来连接龙伯透镜和平行板波导。
[0033]最终在平行板波导的外围展开形成辐射孔径，实现多波束的龙伯透镜天线的设计。
[0034]示例性的，所述的龙伯透镜单元模型的尺寸为：喇叭形平行板波导(1)的上下两层金属板之间的高度l＝10.16mm，单元模型的周期p＝5.0mm，可调长方体的长度和高度w＝1.0mm，支撑长方体的高度t1＝2.0mm，支撑长方体的宽度t2＝2.0mm。
[0035]下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明
[0036]实施例
[0037]如图1为本专利技术的龙伯透镜单元模型示意图，单元模型是在厚度为l的平行波导中构造的，与大多数平行板波导单元不同的是，单元模型是与上下平板分离的。如图2为单元模型组合成整体模型的对比图。如图3为本专利技术完整的设计模型。如图4所示为本专利技术的模型俯视图，如图5所示为本专利技术的模型侧视图。如图3所示，本专利技术主要由喇叭形平行板波导1、龙伯透镜2以及矩形波导馈电结构3组成；能量由矩形波导馈入以后，通过馈电连接结构进入平行板波导内部的龙伯透镜，随后由龙伯透镜进行传播并辐射出去。
[0038]仿真与测试所得的反射系数如图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全金属超材料的宽带高效率多波束龙伯透镜天线，其特征在于，包括喇叭形平行板波导(1)、龙伯透镜(2)以及矩形波导馈电结构(3)；所述喇叭形平行板波导(1)的上下金属平板与龙伯透镜(2)之间、矩形波导馈电结构(3)与龙伯透镜(2)之间均有一定的距离。2.根据权利要求1所述的基于全金属超材料的宽带高效率多波束龙伯透镜天线，其特征在于，所述的喇叭形平行板波导(1)、龙伯透镜(2)以及矩形波导馈电结构(3)均为全金属打印制作。3.根据权利要求2所述的基于全金属超材料的宽带高效率多波束龙伯透镜天线，其特征在于，所述的喇叭形平行板波导(1)材料为铝合金。4.根据权利要求2所述的基于全金属超材料的宽带高效率多波束龙伯透镜天线，其特征在于，所述的龙伯透镜(2)材料为铝合金。5.根据权利要求2所述的基于全金属超材料的宽带高效率多波束龙伯透镜天线，其特征在于，所述的矩形波导馈电结构(3)材料为铝合金。6.根据权利要求1所述的基于全金属超材料的宽带高效率多波束龙伯透镜天线，其特征在于，所述的龙伯透...

【专利技术属性】
技术研发人员：连继伟，胡鹏，耿淳，况唯一，戚宁涵，丁大志，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：