[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

说明书

本发明属于天线技术领域，公开了一种基于双层人工介质多波束龙伯透镜天线、控制方法及应用，包括上盖板、下盖板、柱面龙伯透镜和馈电系统。柱面龙伯透镜分内外两层，采用在内层高介电常数介质上打孔，在外层低介电常数介质上填充的方式实现整体的渐变介电常数效果。馈电系统包括波导功分器与馈电喇叭。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。馈电系统与两盖板共同起到固定和馈电作用。本发明使透镜加工更简洁聚焦更准确，进一步利用功分器与多个小尺寸喇叭结合的馈电方式，实现了相比于单一喇叭馈电更宽的方位面波束宽度；可利用较少馈电端口及开关的切换即可实现宽角域内的快速扫描覆盖。

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种基于双层人工介质多波束龙伯透镜天线、控制方法及应用。

背景技术

目前，以卫星通信、雷达探测、电子对抗等为代表的无线电系统对多波束天线的需求越来越多。具体而言，在这些应用中，需要天线系统同时或者分时形成多个波束，覆盖空间某一个区域，满足系统在大空间区域上的通信、探测、导航、干扰等需求。为了确保信号传输质量和传输速率，往往同步要求天线具备很宽的波束宽度和较宽的频带。以相控阵核心的波束扫描系统在波束控制上具有很强大的优势，但是相控阵系统一方面造价昂贵，另一方面无法同时提供发射满孔径增益多波束，因此受到了很大局限。在这种情况下利用多馈源结合透镜天线成为多波束天线的一个非常有竞争力的低价天线形式。其中龙伯透镜天线是典型代表。

龙伯透镜天线的概念在上世纪40年代由S.K.Luneburg最先提出，理论上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。柱面龙伯透镜天线是一种具有旋转对称结构的透镜天线，透镜表面的每一个点都可视为焦点，所以通过将多个馈电天线安置在透镜的圆柱上，即可实现多波束性能，且波束一致性良好，此时即可通过馈电开关的切换实现宽角范围内的扫描功能，也可直接利用多个馈源进行多波束同步工作。更为重要的是，龙伯透镜本身对频率不敏感，工作频带取决于馈源的频带，可适用于大容量的宽带通信系统中。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：传统的龙伯透镜天线，由单一馈源馈电，形成的波束较窄，故需要更多次的开关切换才能覆盖全部搜索范围，难以满足一些快速大范围扫描的应用需求。另外，在实际加工方面，目前龙伯透镜天线的材料加工技术主要有发泡技术、打孔技术等，单一使用这些技术需要多层堆叠存在加工难度高，成本高效果难以控制等缺点。此外，作为透镜天线对馈源焦点对齐要求严苛，也构成了该类天线设计的一个难点。

解决以上问题及缺陷的难度为：在宽波束形成方面，若通过改变馈电喇叭形态来改变馈源波束，进而展宽龙伯透镜天线方位面波束宽度的方式，难以保证馈源相对透镜来讲是一个近似点源，呈发散状态，难以保证增益，且波束增益随着离开轴线仍然呈现较大的陡降。在实际加工方面，常规的在单一高介电常数介质上打孔的方式，在边缘处由于基底的介电常数与理论所需介电常数相差较大，相对应的打孔分布则更为密集，大大影响了柱面龙伯透镜边缘的强度。此外馈源喇叭的相位中心往往嵌入喇叭内部，实体的透镜和喇叭之间形成冲突，使喇叭相位中心无法位于透镜焦线上。

解决以上问题及缺陷的意义为：通过紧凑的多喇叭馈电形成宽波束，即可利用较少馈电端口的切换实现宽角域内的全覆盖快速扫描。加工制作方面，将透镜本体分为内外两层，分别采用打孔和填充两种手段进行等效，既可提高加工精度，又可保证最外层低介电常数部分的强度。如果能利用透镜外围渐变为空气的设计，则可使喇叭末端嵌入透镜确保其相位中心与透镜焦线相重合，形成更加准确的聚焦和天线性能提升。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于双层人工介质多波束龙伯透镜天线、控制方法及应用。

本发明是这样实现的，一种基于双层人工介质多波束龙伯透镜天线，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；