一种3D打印线极化转圆极化扫描天线制造技术

本发明专利技术涉及天线技术领域，尤其涉及一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，包括：从上到下依次同轴线排布且互不接触的相位梯度超表面、线极化转圆极化超表面透镜和馈源喇叭天线，所述馈源喇叭天线的相位中心位于所述线极化转圆极化超表面透镜的焦点上，所述相位梯度超表面和所述线极化转圆极化超表面透镜沿相同轴线以相反方向旋转。本发明专利技术通过相位梯度超表面和线极化转圆极化超表面透镜实现二维波束控制，使其具有良好的波束扫描性能和高效的电磁波转换效率，具有高增益低、扫描损耗的特性，同时本发明专利技术采用3D打印技术成型，极大地缩短了制作周期和成本，能够实现对天线辐射模式的精密控制，可广泛应用于通信、雷达和卫星等领域。雷达和卫星等领域。雷达和卫星等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印线极化转圆极化扫描天线


[0001]本专利技术涉及天线
，尤其涉及一种3D打印线极化转圆极化扫描天线。

技术介绍

[0002]天线在现代通信领域中发挥着至关重要的作用，其是一种将无线电波转换为电信号和将电信号转为无线电波的设备，传统的天线制造技术需要高昂的成本和长时间的制造周期，因此，近年来，研究人员一直在寻找更加高效和经济的制造方法，随着3D打印技术的迅速发展，3D打印技术为天线制造带来了一种新的方式，3D打印技术可以通过使用计算机辅助设计软件将数字模型转换为物理对象，从而在短时间内制造复杂的天线结构，这种制造方法不仅节约了制造成本和时间，而且可以根据特定需求个性化设计天线。
[0003]然而，现有的3D打印技术在制造具有精密控制的方向性辐射模式的天线方面仍存在挑战，这是由于传统的3D打印技术通常不能实现高精度的材料定位和控制，从而限制了天线的性能和精度，也限制了此类天线在不同场景当中的应用，因此，在3D打印技术的基础上，亟需提供一种能够实现对天线辐射模式的精密控制的天线。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，解决的技术问题是，现有基于3D打印技术的天线无法实现对天线辐射模式的精密控制。
[0005]为解决以上技术问题，本专利技术提供了一种3D打印线极化转圆极化扫描天线。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，包括：从上到下依次同轴线排布且互不接触的相位梯度超表面、线极化转圆极化超表面透镜和馈源喇叭天线，所述相位梯度超表面和所述线极化转圆极化超表面透镜沿相同轴线以相反方向旋转，以进行波束扫描；
[0007]所述相位梯度超表面包括沿两个维度方向周期性排布且高度相等的若干外层金属罩体，所述外层金属罩体的内部容纳有介质柱；所述外层金属罩体沿其中一个维度方向上的不同位置处的介质柱高度相同，沿另一个维度方向上的相邻介质柱之间的高度呈梯度分布，以使入射的平面波偏转；
[0008]所述线极化转圆极化超表面透镜包括在同一水平面内呈网格状排布且高度相等的若干十字形柱状结构，相邻两个十字形柱状结构相互连接，每个十字形柱状结构由长度相等的第一矩形柱和第二矩形柱在中心点处垂直交叉连接形成；
[0009]所述馈源喇叭天线用于发射电磁波，所述馈源喇叭天线的相位中心位于所述线极化转圆极化超表面透镜的焦点上。
[0010]在进一步的实施方案中，呈梯度分布的介质柱高度根据单位周期的相位梯度确定，其中，单位周期的相位梯度根据预先获取的天线波束传播方向的偏转角度确定。
[0011]在进一步的实施方案中，所述外层金属罩体采用由3D打印成型和镀膜结合的方式制成；
[0012]所述外层金属罩体采用磁控溅射的方式镀膜，形成附着在外层金属罩体外表面上的金属镀膜，所述金属镀膜由内向外分别为铬层和金属层。
[0013]在进一步的实施方案中，所述外层金属罩体为正六边形结构体；
[0014]所述介质柱的高度由0到所述外层金属罩体的高度范围内变化。
[0015]在进一步的实施方案中，不同位置上的十字形柱状结构的尺寸根据与十字形柱状结构的各个变尺寸对应的传输相位和各个位置在两个维度方向极化的理想相位确定，所述十字形柱状结构的变尺寸包括第一矩形柱的短边宽度、第二矩形柱的短边宽度和第二矩形柱的高度；
[0016]其中，所述理想相位的计算公式为：
[0017][0018][0019]式中，表示x方向的理想相位；k表示电磁波自由空间中的电磁波波数；x
r
表示任意位置上的十字形柱状结构到中心点的x方向距离；y
r
表示任意位置上的十字形柱状结构到中心点的y方向距离；F表示线极化转圆极化超表面透镜的设计焦距；θ表示波束偏转角度；x
r sin(θ)表示线极化转圆极化超表面透镜的相位梯度；表示y方向的理想相位。
[0020]在进一步的实施方案中，第一矩形柱和第二矩形柱的短边宽度均在预设的短边宽度范围内变化；
[0021]第一矩形柱的高度固定且等于所述十字形柱状结构的高度；
[0022]第二矩形柱的高度变化范围为矩形柱预设高度范围，所述矩形柱预设高度范围为从预设的最小矩形柱高度到所述十字形柱状结构的高度。
[0023]在进一步的实施方案中，所述预设的短边宽度范围为0.3mm～1.8mm。
[0024]在进一步的实施方案中，所述十字形柱状结构通过3D打印成型。
[0025]在进一步的实施方案中，所述相位梯度超表面的最大直径为60mm，高度为4mm；
[0026]所述相位梯度超表面采用的介质材料为高温树脂。
[0027]在进一步的实施方案中，所述线极化转圆极化超表面透镜的最大直径60mm，高度为8mm；
[0028]所述线极化转圆极化超表面透镜采用的材料为高温树脂。
[0029]本专利技术提供了一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，所述天线通过自上而下依次设置的从上到下依次同轴线排布且互不接触的相位梯度超表面、线极化转圆极化超表面透镜和馈源喇叭天线，通过将光学元件与3D打印技术相结合的方式，实现了对天线方向性辐射模式的精密控制。与现有技术相比，该天线可以通过相位梯度超表面和线极化转圆极化超表面透镜来实现二维波束控制，使其具有良好的波束扫描性能和高效的电磁波转换效率，能够实现对天线辐射模式的精密控制，适用范围广，可广泛应用于通信、雷达和卫星等领域。
附图说明
[0030]图1是本专利技术实施例提供的3D打印线极化转圆极化扫描天线结构示意图；
[0031]图2是本专利技术实施例提供的3D打印线极化转圆极化扫描天线三维示意图；
[0032]图3是本专利技术实施例提供的内部容纳介质柱的外层金属罩体结构示意图；
[0033]图4是本专利技术实施例提供的介质柱六个高度变化示意图；
[0034]图5是本专利技术实施例提供的十字形柱状结构示意图；
[0035]图6是本专利技术实施例提供的在不同旋转角度下的方向曲线示意图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图具体阐明本专利技术的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本专利技术的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本专利技术专利保护范围的限制，因为在不脱离本专利技术精神和范围基础上，可以对本专利技术进行许多改变。
[0037]虽然目前的毫米波系统受益于超表面具有灵活的波前调控能力，但是毫米波源与超表面器件之间的大传播空间，以及超表面的固有介质损失成为阻碍超表面的毫米波器件的两个主要瓶颈，因此，基于Risley棱镜光束偏转原理和3D打印技术，本专利技术实施例提出了一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，如图1所示，该天线包括：从上到下依次同轴线排布且互不接触的相位梯度超表面1、线极化转圆极化超表面透镜2和馈源喇叭天线3，所述相位梯度超表面1和所述线极化转圆极化超表面透镜2绕着相同轴线(旋转轴)以相反方向旋转，所述馈源喇叭天线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，其特征在于，包括：从上到下依次同轴线排布且互不接触的相位梯度超表面、线极化转圆极化超表面透镜和馈源喇叭天线；所述相位梯度超表面和所述线极化转圆极化超表面透镜沿相同轴线以相反方向旋转，以进行波束扫描；所述相位梯度超表面包括沿两个维度方向周期性排布且高度相等的若干外层金属罩体，所述外层金属罩体的内部容纳有介质柱；所述外层金属罩体沿其中一个维度方向上的不同位置处的介质柱高度相同，沿另一个维度方向上的相邻介质柱之间的高度呈梯度分布，以使入射的平面波偏转；所述线极化转圆极化超表面透镜包括在同一水平面内呈网格状排布且高度相等的若干十字形柱状结构，相邻两个十字形柱状结构相互连接，每个十字形柱状结构由长度相等的第一矩形柱和第二矩形柱在中心点处垂直交叉连接形成；所述馈源喇叭天线用于发射电磁波，所述馈源喇叭天线的相位中心位于所述线极化转圆极化超表面透镜的焦点上。2.如权利要求1所述的一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，其特征在于：呈梯度分布的介质柱高度根据单位周期的相位梯度确定，其中，单位周期的相位梯度根据预先获取的天线波束传播方向的偏转角度确定。3.如权利要求1所述的一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，其特征在于：所述外层金属罩体采用由3D打印成型和镀膜结合的方式制成；所述外层金属罩体采用磁控溅射的方式镀膜，形成附着在外层金属罩体外表面上的金属镀膜，所述金属镀膜由内向外分别为铬层和金属层。4.如权利要求1所述的一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，其特征在于：所述外层金属罩体为正六边形结构体；所述介质柱的高度由0到所述外层金属罩体的高度范围内变化。5.如权利要求1所述的一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，其特征在于：不同位置上的十字形柱状结构的尺寸根据与十字形柱状结构的各个变尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱述炎，谢宇轩，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：