一种介质腔组成的透镜体及透镜天线制造技术

本发明专利技术提供一种更优的介质腔组成的透镜体和透镜天线。透镜体，包括若干锥状件，所述锥状件的内部形成有空腔，该空腔称为介质腔；这些锥状件组成球体，所组成的球体由球心至球面方向平均介电常数越来越低。本发明专利技术具有以下优点：1）锥状件的组装结构天然地与龙伯透镜的理论模型契合，因此透镜体对理论效果的还原力强；2）生产效率高；3）组件化生产，产品电性能的一致性高。本发明专利技术还提供一种使用该透镜体的透镜天线。镜天线。镜天线。

【技术实现步骤摘要】
一种介质腔组成的透镜体及透镜天线


[0001]本专利技术涉及通信设备生产领域，更具体地说，涉及一种电磁波透镜和电磁波透镜天线。

技术介绍

[0002]龙伯透镜由RKLuneberg于1944年基于几何光学法提出，用作天线和散射体的应用，主要用于快速扫描系统、卫星通信系统、汽车防撞雷达、雷达反射器等领域。
[0003]龙伯透镜的经典模型是：龙伯透镜从球心到外径其介电常数应该是从2到1遵从一定的数学规律连续变化。但自然界里并不存在这样理想的结构，所以在实际设计中常用分层的、介电常数阶变的结构来逼近理论结构。
[0004]现有技术中，分层的、介电常数阶变的结构大致可分为以下三类：第一类是包裹类；第二类是卷制类，第三类是空穴类。这些不同的结构其缺点与优点同样鲜明。
[0005]包裹类结构的生产通常需要使用模具，如果层数太多则工艺太复杂且成本高昂，而且不同个体的性能一致性通常较差。
[0006]卷制类结构的分层层数虽容易做成较多层，但现有技术只能将其制成圆柱体或椭圆柱体而非经典模型的球体，且在圆柱体和椭圆柱体的中轴方向上不是符合经典模型的理论的，使得其性能效果大打折扣，以致于不能满足很多场景下的性能要求。
[0007]空穴类通常是采用3D打印的方式制成，而3D打印出来的构体通常都是单一种热熔材料，现时适用于3D打印的热熔材料要么介电常数不合适，要么密度不足够低，在面对制作大尺寸透镜时，其重量相当可观以致引起安装和使用的各种困难。
[0008]后来还出现了组装类的结构，是指多个形状相同或基本相同的单元构体按照一定的分布规律共同构成透镜整体。如专利号为202010092466.4，名称为“通信装置、透镜天线及球透镜”的中国专利技术专利所公开的技术方案。该方案公开了一种由介质载体和若干个介质锥体构成的透镜结构，由于其介质锥体为实心结构，于是该方案是通过调整介质锥体的外形轮廓来控制介质的填充比，然而这样的做法使得只要想逼近龙伯透镜的原理，则即使介质锥体的长度或锥尖的角度有所不同，但介质锥体的形状基本上都会呈现两头尖中间鼓的形态，而介质锥体这样的形态会导致两个问题：1）介质锥体之间的排列并不紧密，容易出现介质锥体偏离既定位置的问题；2）目标的球状透镜的直径一定的情况下，所能设置的介质锥体的数量不能太多，否则就严重偏离所需的介电常数的分布规律，但介质锥体的数量较少的情况也就说明透镜的局部的介电常数分布其实并不很均匀；3）由于介质锥体自身的形状以及它们的组装规律所限，单一个球体透镜所能设置的介质锥体的最大数量也不能太多，这又会造成透镜整体的外形并不接近于球形或圆柱面，而这又是与龙伯透镜的理论模型相违背的。
[0009]为获得生产效率更高、成本更低、重量轻、性能指标更好、性能一致性更佳的龙伯透镜产品，需要对现有的产品结构进行创新。

技术实现思路

[0010]为解决现有技术中存在的缺点，本专利技术提供一种更优的介质腔组成的透镜体和透镜天线。
[0011]采用以下的技术方案：一种介质腔组成的透镜体，特别地，包括若干锥状件，所述锥状件的内部形成有空腔，该空腔称为介质腔；这些锥状件组成球体，所组成的球体由球心至球面方向平均介电常数越来越低。
[0012]通过将多个锥状件组成球体，此时球心部位单位体积内锥状件的材质占比最高，球面部位单位体积内锥状件的材质占比最低，且由球心至球面方向单位体积内锥状件的材质占比是越来越低的。此时，第一种情况：如果用介电常数在2.1～3.5范围内的材质来制成锥状件，则通过调整锥状件的平均锥角大小并考虑空气在单位体积内的占比后，就可以令到所组成的球体的球心部位的平均介电常数达到2或很接近2，球面部位的平均介电常数很接近1，且球心部位至球面部位之间的平均介电常数可以比较均匀地过渡。第二种情况：如果用介电常数在1.0001～1.2范围内的材质来制成锥状件，则通过在锥状件的外表面和/或内表面附加介电常数较高的涂层或颗粒，或者在锥状件的内部嵌入介电常数较高的材料，也都可以令到所组成的球体的球心部位的平均介电常数达到2或很接近2，球面部位的平均介电常数很接近1，且球心部位至球面部位之间的平均介电常数是比较均匀地过渡。于是将多个锥状件组成球体的结构自然地与龙伯透镜理论模型的要求非常契合，实际生产时只要对锥状体的结构进行一定的优化就可以获得性能效果非常理想的电磁波透镜体，且此时产品性能的一致性能被更好地控制。
[0013]应当说明的是，本专利技术的锥状件是指一端的平均直径较小，一端的平均直径较大的空心构件，平均直径较小的一端称为锐端，平均直径较大的一端称为开口端，锐端的平均直径不大于开口端的二分之一。由于锐端和开口端的形状不限于圆形，譬如也可以是三角形或者正六边形或者独特设计的形状，因此本专利技术以平均直径来描述锐端和开口端之间的大小关系。锐端的平均直径也可以无限接近零，此时锐端就相当于锥状件的锥尖。另外由于本专利技术的锥状件的外表面也不限定为标准的圆锥面而可能具有额外的细节结构，因此本专利技术以平均锥角来描述锥状件的尖锐程度。
[0014]本专利技术所述的锥状件的开口端的形状可以是圆形、正多边形或者其他形状，从而锥状件的形状可以是圆锥状或棱锥状或其他锥状。
[0015]在同一透镜体内，锥状件可以有两种或两种以上。此时相当于可以用多种不相同的锥状件来共同组成球体，而不是仅使用一种锥状件来构成球体。譬如：一种是开口端形状为圆形的锥状件，另一种是开口端形状为等边三角形的锥状件，由这两种锥状件均匀地错落分布而共同组成球体。
[0016]锥状件的壁体的厚度可以是均匀的，也可以是不均匀的。在锥状件的壁体厚度不是均匀的情况下，锥状件的壁体厚度可以是自锐端至开口端平滑地减少的，也可以是自锐端至开口端形成有阶梯状结构。另外，在锥状件的壁体上还可以形成有凸点、凸柱、凸片、凹坑和通孔等结构中的一种或多种。通过优化锥状件的壁体结构可以使得所组成的球体其介电常数的分布规律十分逼近龙伯透镜理论模型的要求。
[0017]再者，在锥状件的介质腔内还可以设置有用于令所组成的球体的介电常数分布趋
于更优的调节件。调节件通常具有较高的平均介电常数，用于提升单位体积内介电常数分布的均匀性。譬如当锥状件的平均锥角较大时，介质腔内的靠近开口端的附近是具有较大空间的，此时虽然从整个透镜体的宏观来看可以认为该部位的介电常数分布是均匀的，但从微观来看该部位的介电常数分布又是不足够均匀的。调节件是位于或可触及至介质腔内的这些具有较大空间的部位的，其相当于能将这些具有较大空间的部位“划分”开来，从而可以改善本专利技术的透镜体微观情况下介电常数分布不足够均匀的问题。作为比较可取的方案，调节件可以制成是杆状的或者是锥壳状的，且最好位于介质腔的中央。
[0018]在锥状件的介质腔内还可以设有支撑件，用于防止锥状件因碰撞而变形。至于支撑件的材质是需要考虑支撑件所在位置的目标平均介电常数而定的，有可能采用具有较高介电常数的材料制成，也有可能采用介电常数尽可能低的材料制成。在介质腔内设有调节件的情况下，支撑件还可与调节件机械连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介质腔组成的透镜体，其特征是：包括若干锥状件，所述锥状件的内部形成有空腔，该空腔称为介质腔；这些锥状件组成球体，所组成的球体由球心至球面方向平均介电常数越来越低。2.如权利要求1所述的一种介质腔组成的透镜体，其特征是：同一透镜体内，锥状件有两种或两种以上。3.如权利要求1所述的一种介质腔组成的透镜体，其特征是：锥状件的壁体厚度是自锐端至开口端平滑地减少的。4.如权利要求1所述的一种介质腔组成的透镜体，其特征是：锥状件的壁体厚度是自锐端至开口端形成有阶梯状结构。5.如权利要求1所述的一种介质腔组成的透镜体，其特征是：在锥状件的壁体上形成有凸点、凸柱、凸片、凹坑和通孔中的一种或多种。6.如权利要求1所述的一种介质腔组成的透镜体，其特征是：在锥状件的介质腔内设置调节件。7.如权利要求6所述的一种介质腔组成的透镜体，其特征是：调节件制成是杆状的或者是锥壳状的。8.如权利要求1所述的一种介质腔组成的透镜体，其特征是：在锥状件的介质腔内还设有支撑件。9.如权利要求1所述的一种介质腔组成的透镜体，其特征是：锥状件的平均锥角在4
°
～30
°
范围内。10.如权利要求1所述的一种介质腔组成的透镜体，其特征是：锥状件之...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑洪振，芦永超，孙耀志，李家铎，李涛，叶雪芬，尚春辉，钱伟雄，朱强，
申请(专利权)人：佛山市粤海信通讯有限公司，
类型：发明
国别省市：