[发明专利]口径面相位和幅度均匀分布的高增益透镜天线

说明书

本发明公开了口径面相位和幅度均匀分布的高增益透镜天线，涉及基本电气元件及通信技术领域。该透镜天线包括金属制成的喇叭、介质制成的渐变折射率透镜及平行于电场方向插入喇叭外壁的金属薄片，渐变折射率透镜放置于天线口面处，渐变折射率透镜包括在波传播方向上前后排列的两部分透镜，每部分透镜均包括两匹配层及压合在两匹配层之间的核心层，且每部分透镜的折射率分布仅随一个轴方向变化，实现了天线口径面幅度和相位的均匀分布，提高了天线的增益和口面效率。

技术领域

本发明公开了口径面相位和幅度均匀分布的高增益透镜天线，涉及基本电气元件以及通信技术领域。

背景技术

透镜天线因其高性能在通信领域广泛应用，渐变折射率透镜是一种常用的透镜，一般的透镜天线主要通过改变天线口径面上的相位分布来改变天线性能，如将渐变折射率透镜用来设计高增益天线就是使天线口径面上波的相位均匀分布，在天线体积一定的前提下，仅改变透镜天线的相位分布，口面效率有所提高但难以达到90%以上。目前，尚未有学者提出通过改变天线口径面上幅度分布的方式来进一步提高天线的增益。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种口径面相位和幅度均匀分布的高增益透镜天线，实现了透镜天线口径面上相位和幅度的均匀分布，进一步提高了天线增益，解决了如何在透镜天线体积一定的前提下提高口面效率的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

口径面相位和幅度均匀分布的高增益透镜天线，包括金属制成的喇叭和介质制成的渐变折射率透镜，渐变折射率透镜放置于天线口面处，渐变折射率透镜包括在波传播方向上前后排列的两部分透镜，每部分透镜均包括两匹配层及压合在两匹配层之间的核心层，且每部分透镜的折射率分布仅随一个轴方向变化。

作为高增益透镜天线的进一步优化方案，两部分透镜分别通过在介质上打空气通孔形成，每部分透镜上空气通孔的直径根据每部分透镜的等效折射率调整。

进一步的，高增益透镜天线还包括平行于电场方向插入所述喇叭外壁的金属薄片。

作为高增益透镜天线的更进一步优化方案，金属薄片插入所述喇叭中部的外壁。

作为高增益透镜天线的进一步优化方案，金属制成的喇叭为矩形角锥喇叭。本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

（1）本发明通过包含2部分透镜的渐变折射率透镜分别调整一个轴方向上的折射率分布，通过调整空气通孔直径来改变渐变折射率透镜不同位置上的等效折射率进而实现渐变折射率透镜各位置上通过的波形的相位延迟，通过在喇叭外壁插入金属薄片的方式实现口径面上幅度的均匀分布，在所涉及的工作频带内进一步提高了透镜天线的增益和口面效率；

（2）与传统透镜天线相比，本申请公开的高增益透镜天线通过插入喇叭外壁金属薄片即可实现阻抗匹配，不需要进行额外的阻抗匹配。

附图说明

图1(a)至图1(d)为本发明公开的透镜天线的结构示意图；

图2(a)、图2(b)分别为本发明公开的透镜天线的口径面上的相位分布和幅度分布；

图3(a)为渐变折射率透镜匹配层和核心层的折射率分布图，图3(b)渐变折射率透镜一部分的结构示意图，图3(c)为渐变折射率透镜两部分的等效折射率分布图；

图4为本发明公开的透镜天线的S11参数的仿真结果和实验结果；

图5(a)为本发明公开的透镜天线的增益曲线和传统透镜天线的增益曲线，图5(b)为本发明公开的透镜天线的口面效率曲线和传统透镜天线的口面效率曲线，图5(c)、图5(d)为本发明公开的天线在频率为14.25GHz时的远场方向图。

图中标号说明：1、喇叭，2、金属薄片，3、渐变折射率透镜。