[发明专利]弧面馈源收发集成双椭球面透镜天线

说明书

技术领域

本发明涉及天线，尤其涉及一种弧面馈源收发集成双椭球面透镜天线。

背景技术

国际上很早就对透镜天线系统开展了一系列的研究，传统的透镜天线一般采用平面、球面、双曲面、抛物面等几何形状，但是这些方法扫描范围有限，损耗大、工作频带窄，不能满足现代毫米波系统应用的要求。密歇根大学的Prof.G.M.Rebeiz所带领的研究组最早开创了介质透镜的研究领域(D.F.Filipovic,S.S.Gearhart and G.M.Rebeiz,“Double-slot antennas on extended hemispherical and elliptical silicon dielectric lenses,”IEEE Trans Microwave Theory Tech.,MTT-41,pp.1738-1749,Oct.1993)。他在1994年提出了一种特别适合于毫米波段工作的介质透镜天线，它由一个半球和一段柱形延长段组成，其馈电天线可以很简单地集成在透镜的焦平面上。调节柱形延长段的长度可以微调透镜的焦距，在单波束应用的时候，一般调节柱形延长段的长度使得天线的增益达到最高。而在多波束应用的时候，则要求使得每个波束的增益均匀性达到最优，与单波束应用相比，这时候每个扫描波束的增益会有大概2～3dB的下降(D.F.Filipovic,G.P.Gauthier,S.Raman and G.M.Rebeiz,“Off-axis properties of silicon and quartz dielectric lens antennas,”IEEE Trans.Antennas and Propagation,AP-45,No.5,pp.760-766,May 1997)。

上述介质透镜天线在高增益应用的情况下，重量会大大增加，给实际应用带来巨大困难，这时可采用双椭球面透镜天线系统，这种天线系统分为馈源天线和双椭球面透镜两部分组成，当馈源天线的相位中心与双椭球面透镜的焦点重合时，由馈源天线辐射产生的电磁波通过双椭球面透镜将变为平行波束辐射出去，故可以很方便地实现高增益(X.Wu,G.V.Eleftheriades and T.E.van Deventer,“Design and characterization of single and multiple beam mm-wave circularly polarized substrate lens antennas for wireless communications,”IEEE Trans.Microwave Theory Tech.,MTT-49,pp.431-441,March 2001)。

然而，双椭球面透镜的焦点只有一个，在馈源天线的相位中心与双椭球面透镜的焦点重合时增益最高，现有的双椭球面透镜天线不在焦点上的其他波束增益比焦点处的波束增益低，导致在多波束应用场景下，扫描角度越大，增益越低，旁瓣越高，波束宽度越宽。这种球透镜在偏焦波束的性能较差，在实际应用中会带来困难。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种弧面馈源收发集成双椭球面透镜天线。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种弧面馈源收发集成双椭球面透镜天线，其特征在于，包括双椭球面透镜、透镜延伸层、透镜支撑、底座、接收馈源天线阵列、发射馈源天线阵列；双椭球面透镜、透镜延伸层和透镜支撑均由介质构成，透镜支撑为空心椭圆柱体，底座为椭圆柱体，双椭球面透镜、透镜延伸层、透镜支撑和底座的中轴线共线；底座上表面的内椭圆部分为弧形凹面，椭圆环部分为平面，底座下表面为平面；底座上表面的弧形凹面设有接收馈源天线阵列和发射馈源天线阵列，根据接收馈源天线阵列和发射馈源天线阵列的排布方式组成一维扫描或二维扫描阵列。

进一步地，所述的双椭球面透镜的上表面和下表面均为椭球面，其公式分别为其中a≠b，d≠e，a＞d，b＜e，透镜延伸层上表面和下表面均为椭球面，透镜延伸层上表面与双椭球面透镜下表面重合，透镜支撑的内表面上覆盖有吸波材料。

进一步地，所述的接收馈源天线阵列和发射馈源天线阵列均可为若干波导介质棒天线，波导介质棒天线的底与弧形凹面相切。

进一步地，所述的一维扫描阵列中，接收馈源天线阵列直线排列于弧形凹面上，发射馈源天线阵列关于中轴线对称等间距排列于弧形凹面上；所述的二维扫描阵列中，接收馈源天线阵列呈蜂窝状排列于弧形凹面上，发射馈源天线阵列关于中轴线对称等间距排列于弧形凹面上。