[发明专利]Luneberg介电透镜及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及介电透镜(dielectric lens)。更具体地，本发明涉及半球形Luneberg介电透镜，其中半球形含陶瓷的泡沫中心层和多个半球形圆顶状的泡沫层被同心堆叠，并且其中每层中每单位体积的陶瓷含量得到调节。本发明也涉及制备用于制造介电透镜的一系列泡沫模制品的方法。 

背景技术

近年来，随着信息通讯技术的显著发展和信息量的增加，要求信号信息的传递更加精确和更加快速。同时，高频带的使用正迅速增加。尤其是，已经开始全规模使用高于1GHz的频带，特别是10至20GHz之间的频带。因此，在卫星广播和卫星通信中，期望开发一种利用Luneberg透镜天线(Luneberg lens attenna)发送和接收无线电波的方法作为使用抛物形天线的传统方法的替代。 

在使用抛物形天线的卫星广播和卫星通信的传统系统中，将同步卫星与朝向固定方向的抛物形天线一起使用，来发送和接收无线电波。用此系统，为了向多个卫星发送无线电波并且从该多个卫星接收无线电波，必须根据目标卫星的位置改变天线的朝向，或者使用多个抛物形天线。相反，当多个馈给信号(feed)位于天线盖上的Luneberg透镜的焦点位置(focal position)上时，Luneberg透镜天线(安装有Luneberg介电透镜的球形或半球形天线)能够向多个静止卫星发送无线电波并且从该多个静止卫星接收无线电波。此外，当作为通信目标的卫星或者天线如同近地轨道卫星(low earth orbit satellite，LEO)的情况移动时，在抛物形天线的情况下，整个天线必须跟踪该目标；然而，在Luneberg透镜天线的情况下，仅其小组件例如接收器或发送器必须跟踪该目标。因此，Luneberg透镜天线不需要大的驱动系统，并且也适合作为移动体的天线。根据使用Luneberg透镜天线的方法，能够在每一居所(residence)使用一个天线发送和接收大量信息。也即，Luneberg透镜天线也适合在多频道广播的时代作为接收电视广播的天线。 

Luneberg透镜天线安装有Luneberg介电透镜，该介电透镜具有会聚和聚焦无线电波的功能。用于Luneberg介电透镜的材料必须具有优良的介电性质(例如均匀的介电常数和低的介电损耗角正切)，从而处理日益增加的信息量，也即高频无线电波。此外，由于天线经常被安装在每个居所的屋顶上，所以从安装工作的效率和安全的观点来看，材料的尺寸应该小，以及材料的重量应该轻。 

Luneberg介电透镜具有球形或半球形的形状，并且包括多个同心堆叠的具有不同介电常数的层，从而介电常数理论上从2至1变化，并且最内的中心层的介电常数约为2，最外层的介电常数约为1。因此，理论上，如此设计Luneberg介电透镜，使得介电常数ε_r根据以下方程(1)从中心(r＝0)到表面(r＝R)变化： 

ε_r＝2-(r/R)²    (1) 

其中，ε_r、R和r分别表示介电常数、透镜的半径和测量点处的半径。每层的介电常数参考由以上方程(1)确定的值来确定。 

但是，实际上，由于难以获得介电常数根据由方程(1)给出的理想曲线连续变化的模制产品，所以Luneberg介电透镜是通过结合多个具有不同介电常数的离散的层制造的。美国专利申请公开第20040029985号中公开了一种Luneberg型的介电透镜。该介电透镜为球形，其具有核和多个中空球形壳，该核和多个中空球形壳具有不同的介电常数，该球形壳包围该核并且彼此同心重叠以形成同心球。该核和壳分别由含有无机介电填料的合成树脂的泡沫制成。由于该介电透镜重量轻，所以它能够保证可使用性和安装工作的安全。但是，使用美国专利申请公开第20040029985号中公开的介电透镜的天线不足以满足实际使用的性能，例如天线增益。 

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种Luneberg介电透镜，其具有优良的实际使用的天线特性，例如天线增益。 

本发明的另一目的是提供能够制造一系列泡沫模制品(foam moldings)的方法，该泡沫模制品具有变化的每单位体积陶瓷含量，并适合用于制造介电透镜。 

本发明的一方面提供半球形介电透镜，其包括： 

半球形中心层，其具有半球形外表面；和