[发明专利]波束指向可变的金属介质透镜天线

说明书

本发明公开了一种波束指向可变的金属介质透镜天线，涉及通信用天线技术领域。所述天线包括支撑筒，所述支撑筒的下部设置有介质透镜，所述介质透镜上侧的支撑筒内设置有与其匹配的金属板透镜，所述介质透镜外侧的支撑筒上固定有底环，所述底环用于将所述介质透镜固定到所述支撑筒内，所述金属板透镜上侧的支撑筒上固定有压环，所述压环用于将所述金属板透镜固定到所述介质透镜上，所述介质透镜的下表面固定有馈源，电磁波信号经所述馈源传入所述介质透镜并经所述金属板透镜向外辐射。所述天线具有效率更高、扫描损失小、主波束的扫描范围大等优点。

技术领域

本发明涉及通信用天线技术领域，尤其涉及一种波束指向可变的金属介质透镜天线。

背景技术

天线作为无线通信系统和雷达系统等系统中缺一不可的重要组件，天线的性能决定了整个无线系统的性能和质量。随着以5G、物联网为代表的无线通信技术的全面推进，迫切需要开发合适其应用场景的高品质天线组件。透镜天线作为天线的一个重要分支，广泛用于移动通信、毫米波通信、卫星通信等方面。

传统的集成透镜结构是异形介质透镜加上馈源天线的结构，这种结构常有整体高度高和明显的扫描损失的问题(即随着扫描角度的增加天线的增益降低)。此外，这种传统的集成透镜结构还有介电和溢出损失。溢出损失与焦距有关，当焦距减小时，拓展截面也减小，使得溢出损失也减小。介电损耗取决于介电材料的尺寸和损耗角正切，焦距越小，介质损耗越小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种效率更高、扫描损失小、主波束的扫描范围大的金属介质透镜天线。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种波束指向可变的金属介质透镜天线，包括支撑筒，所述支撑筒的下部设置有介质透镜，所述介质透镜上侧的支撑筒内设置有与其匹配的金属板透镜，所述介质透镜外侧的支撑筒上固定有底环，所述底环用于将所述介质透镜固定到所述支撑筒内，所述金属板透镜上侧的支撑筒上固定有压环，所述压环用于将所述金属板透镜固定到所述介质透镜上，所述介质透镜的下表面固定有馈源，电磁波信号经所述馈源传入所述介质透镜并经所述金属板透镜向外辐射。

进一步的技术方案在于：所述介质透镜包括位于下侧的第一圆柱部，所述第一圆柱部的上侧形成有第二圆柱部，所述第二圆柱部的上表面形成有类半球形部，所述第二圆柱部的直径大于所述第一圆柱部的直径，所述类半球形部的直径小于所述第一圆柱部的直径，所述类半球形部的外表面形成有若干个向上延伸的第一凸起，所述第一圆柱部的下表面形成有向下延伸的第二凸起，所述第二凸起插入到所述馈源中，所述第一凸起插入到所述金属板透镜中。

进一步的技术方案在于：所述金属板透镜的下表面与所述类半球形部的上表面相适配，所述金属板透镜包括若干片呈十字交叉的金属板，所述金属板与金属板之间构成若干个插槽，所述第一凸起插入到对应的所述插槽内。

进一步的技术方案在于：所述类半球形部的表面曲线公式为：

其中，y和z是介质透镜曲线上的点在平面直角坐标系下的坐标值，f是介质透镜的焦距，ε_r是介质透镜的相对介电常数，ε_m是金属板的有效介电常数，这个有效介电常数满足公式ε_m＝1-(λ₀/(2a))²，其中a是金属板间距，λ₀是自由空间波长。

进一步的技术方案在于：所述插槽的上端开口四周的金属板上分别形成有一个倒金字塔形槽。

优选的：所述倒金字塔形槽位于所述插槽侧壁的中心。

进一步的技术方案在于：所述支撑筒的下部设置有卡槽，所述第二圆柱部卡入卡槽内，所述底环的内径与所述第一圆柱部的外径相适配，通过所述底环将所述第二圆柱部夹紧到所述支撑筒的下部