[发明专利]基于双层人工介质多波束龙伯透镜天线、控制方法及应用

权利要求书

1.一种基于双层人工介质多波束龙伯透镜天线，其特征在于，所述基于双层人工介质多波束龙伯透镜天线设置有：

上盖板、下盖板、柱面龙伯透镜、馈电系统；

柱面龙伯透镜和馈电系统位于上盖板和下盖板之间，馈电系统与两盖板结合在一起，共同起到固定和馈电作用。

2.如权利要求1所述的基于双层人工介质多波束龙伯透镜天线，其特征在于，所述柱面龙伯透镜分两层，包括内层介质和外层介质，采用在内层高介电常数介质上打孔，打孔分布自内向外逐渐密集；在外层低介电常数介质上填充高介电常数介质丝，填充分布自内向外逐渐稀疏的方式，实现整体相对介电常数自内向外呈现由2到1的等效渐变介电常数。

3.如权利要求2所述的基于双层人工介质多波束龙伯透镜天线，其特征在于，所述最外层低介电常数介质外轮廓为工字型，其介电常数接近1。

4.如权利要求2所述的基于双层人工介质多波束龙伯透镜天线，其特征在于，所述内层高介电常数介质所打孔的孔径小于1/10天线工作波长。

5.如权利要求2所述的基于双层人工介质多波束龙伯透镜天线，其特征在于，所述外层低介电常数介质所填充物的直径小于1/10天线工作波长。

6.如权利要求1所述的基于双层人工介质多波束龙伯透镜天线，其特征在于，所述馈电系统包括波导功分器与馈电喇叭，二者相连接；透镜最外层过渡为空气，使喇叭末端嵌入透镜确保馈电喇叭的相位中心与透镜焦线相重合；

所述波导功分器为E面1分M功分器形式，馈电系统包含N个上述波导功分器，相邻波导功分器夹角为α*N；

所述馈电喇叭为H面扇形喇叭，馈电系统包含个M*N个上述馈电喇叭，相邻馈电喇叭夹角为α。

7.一种如权利要求1～6任意一项所述基于双层人工介质多波束龙伯透镜天线的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：选用泡沫作为柱面龙伯透镜外层低介电常数介质的基底材料，其电常数为1.13，在其中相应的分段，以相应的密度填充更高介电常数的介质丝；选用介电常数为2.2的介质板作为柱面龙伯透镜内层高介电常数介质的基底材料，在其中相应的分段，以相应的密度打通孔；所填充的介质丝与所打通孔直径均应小于1/10倍的工作波长；对于每个分段的各自具体的填充、打孔密度，根据公式计算得出体积比后，由目标介电常数、填充或打孔尺寸、透镜基底尺寸、加工工艺要求共同确定，经优化得出最佳结果；

馈电系统部分，包括波导功分器与馈电喇叭，二者相连接，并利用透镜外围为空气的设计，使喇叭末端嵌入透镜确保其相位中心与透镜焦线相重合；波导功分器为一分M的E面T形功分，馈电系统包含N个上述波导功分器，相邻波导功分器夹角为α*N；馈电喇叭为H面扇形喇叭，馈电系统包含M*N个上述馈电喇叭，相邻馈电喇叭夹角为α；

每个波导功分器的M个输出端口连接M个馈电喇叭，输入端口即为天线整体的输入端口；天线每个端口工作时，实际由M个紧凑的小尺寸馈电喇叭为龙伯透镜馈电。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法的龙伯透镜其介电常数从内层到表面满足2到1的变化规律，具体表示为：

其中R表示透镜的半径，r表示透镜内某点到球心的距离，ε_r表示r处的相对介电常数；

龙伯透镜部分，将介电常数沿半径分布的连续值分为n段离散且固定的近似值，其中第n段为透镜最外层，其介电常数为1，利用外层低介电常数的工字型外轮廓实现；其中第1到底n-1段利用等效媒质理论进行人工等效，且将其分为内外两层，分别采用打孔和填充两种手段进行等效以确保等效精度；采用的打孔、填充手段，依据A-BG等效媒质理论，计算公式如下：

其中ε_eff为混合材料的等效介电常数，ε_i为填充材料的介电常数，ε_h为基底材料的介电常数，p为等效填充材料体积占整个混合材料体积比分数。