本发明专利技术公开了一种应用于无线卫星通信的龙伯透镜天线系统中的介质透镜天线。该介质透镜天线基本结构包括金属反射板部分、馈源支架部分、介质透镜部分和馈源部分。金属反射板部分主要起到屏蔽和反射作用。介质透镜部分由在聚四氟乙烯中钻柱形孔构成，固定于金属反射板之上。馈源支架固定在金属反射板和介质透镜之间，馈源固定在馈源支架之上，通过其在馈源支架上滑行和伸缩，决定了馈源入射和出射的焦距以及波束角度。基于本发明专利技术的基本结构，合理改变空气孔的位置、大小、形状，即可构成本发明专利技术的其它具体实施方案。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天线工程
，涉及到一种介质透镜天线，具体来说是一种用于 卫星通信的龙伯透镜天线系统的所需介电常数的介质透镜。
技术介绍
在卫星无线通信迅速发展的今天，作为信号发送和接收的主要载体，天线对无线 通信系统的网络构建起着举足轻重的作用。国内日益重视直播卫星的发展，一线多星接收 技术的需求日益增长，本专利技术正是基于这样的前提并结合自身的一些研究工作，设计了一 种高效的一线多星接收天线。传统的卫星接收天线是抛物面天线和卡塞格林等天线，他们具有增益高，损耗小 等优点，但是这类天线常常只用在一线一星的接收中，一线多星接收的设计较为繁琐，并且 不同卫星信道的接收性能很可能不一样。同时这类天线的剖面大，抗外界能力不强。龙伯透镜天线是一种球对称的分层介质透镜天线，介质的介电常数沿径向由中心 为2渐变到表面为1.透镜表面的每一个点都可以认为是焦点。只要在透镜表面安放多个 馈源，就可以很容易得到多波束。而且每个波束增益相同，克服了多波束抛物面天线中馈源 偏焦导致的增益损失问题，适合多址通信场合。由于透镜的表面是一个焦面，所以只要控制 馈源在透镜表面的轨迹，便可控制波束指向，实现波束扫描。透镜的工作频带取决于馈源的 频带，而且透镜材料的介电常数对频率变化不敏感，适用于大容量的宽带通信系统中。龙伯 透镜天线可同时接收多颗卫星，具有频带宽，安装方便，耐风性强的优点，已成功应用在卫 星或用户进行相对运动的卫星跟踪，近年来龙伯透镜天线在毫米波卫星通信领域的应用已 成为国内外广泛关注和研究的热点。传统龙伯透镜天线的工艺实现主要是通过对聚苯乙烯等材料的发泡，但发泡工艺 这其中包含了加工特定的模具和摸索不同尺寸不同介电常数透镜天线材料的蒸烤温度和 时间等，发泡程度与均勻性难以控制，且模具成本较高。美国专利申请第20040029985号中 公开了一种龙伯透镜。该透镜由多个空心球壳和球核构成，该球壳和球核具有不同的介电 常数，球核和球壳由含有无机介电材料的合成树脂泡沫制成。该透镜天线的重量轻，所以可 以保证实用性。但是该天线的增益性能等不足以满足实际应用。日本住友电气工业株式会 社在专利CN101057370中公开了一种龙伯透镜天线，该透镜由多个不同介电常数的球壳和 一个球核构成，球核由多个球壳包围组成一个半球体。但是该技术要求对发泡剂、膨胀温度 的控制及原材料的选取要求甚是严格，而且对材料的化学物理等特性要求十分苛刻，加工 工艺流程的实现十分繁琐复杂，使得龙伯透镜天线的批量生产相对困难。总体来讲，基于发 泡工艺的龙伯透镜天线的蒸烤时间、温度控制等对不同介电常数、尺寸、厚度的透镜球壳加 工均不同，很难寻找到较为通用的发泡规律，从而得实际工程批量生产困难较大和成本较 尚ο通过开孔结构来实现龙伯透镜天线的方法很多，与其他的开孔结构相比， D. M. Harrison 等在 Antennas and Propagation Society International Symposium,1992.上发表题为A Hemispherical lens antenna for multi-satellite reception，， 中利用多层开半球孔的聚苯乙烯材料、然后将每层半球孔对齐粘贴制成一个完整的球孔， 然后将多个含多个完整球孔的片状聚苯乙烯制成一个半球体，由此制成了等效介电常数 为1. 52的介质透镜天线，在特定焦距的测量下其增益性能较好，但是由于多层开半球孔， 球形孔在实际中加工比较困难，尺寸较小的透镜还能勉强制作，在较大电尺寸的透镜制作 上无疑会大大增加了复杂度和成本，此种技术也不利于在实际应用和批量生产。2003年 Sebastien Rondineau 等在 IEEE Antennas Wieless Propagat. Lett. ,vol. 2, pp. 163-166, 2003.发表的题为“A Sliced Spherical Luneburg Lens”提出的分层且每层的孔的尺寸 大小不同来实现龙伯透镜天线，但是天线效率很低，在26. 5GHz仅有30%，而且加工困难， 且对于每层的组合也是个难题，对于实际应用，其物理的牢固性也有待考究。美国专利发 明者 Kurt A. Zimmerman 在专利号 5677796 公开的题为 “Luneberg Lens and Method of constructing same”中的利用径向尺寸渐变的钻头设计出沿径向呈锥形孔的介质透镜天 线，但是此种设计径向钻孔加工难度较大，且孔数目较多，需考虑材料的形变及机械强度。 且此种设计中采用的钻头是类似抛物线形等二次曲线形式的钻头，钻头需特定加工，从而 增加了天线设计的成本。Peter C，Strickland等公开的专利号为US3721103B1的题为 Method forfabricating Luneburg lenses”中公开了一种制作龙伯透镜天线的方法。该 透镜天线由在橘子瓣形状体的无机材料中按一定分布规律钻不同的大小的柱孔构成，从球 体表面到球心，柱孔的半径及孔的密度逐渐减少，从而实现介电常数的渐变。最后将橘子瓣 形状体组合成一个球体。但是此种技术加工的柱孔复杂，而且柱孔的尺寸均不一样，需要的 加工组件甚多，且整个球体透镜天线的组合固定较为困难，物理牢固性很低，成本极高，此 种技术对于实现批量生产及高性能的透镜天线较为困难。KenichiSato等在Electronics and Communications in Japan,Part 1, Vol. 85,No. 9, 2002 发表的题为A Plate Luneberg Lens with the Permittivity DistributionControlled by Hole Density”利用在介质材 料上进行柱形开孔和介质厚度变化等在二维平面上控制介电常数变化制成了平板型龙伯 透镜天线，还将其与平板开槽天线成功结合发展成新型平面天线，且二维增益性能等具有 较好效果，但是此种天线最大缺点是无法实现三位立体扫描，不适用于卫星通信。与之前提及的专利技术专利和论文相比，本专利技术利用常规钻头进行垂直方向的钻柱形 孔，结构简单，易于加工，采用材料工艺成熟的聚四氟乙烯等进行加工，从而使得成本大大 降低。本专利技术所设计的特定介电常数的透镜天线可以运用到介电常数渐变的、高性能的、的 龙伯透镜天线中。在合适的选取馈源天线、焦距等的情况下可以在方向图、增益、效率、材料 的电性能的均勻性、等取得较好的性能。与其他形式实现的龙伯透镜天线相比，本专利技术的技 术的规律简单、明了，易于推广到不同尺寸不同介电常数的高性能的适用于卫星通信的三 维扫描的龙伯透镜天线中。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述技术背景实现，目的在于对现有技术在应用中存在的问题加以研 究和解决，提出了一种新的实现等效介电常数的方法。该装置通过对现有工艺技术成熟的 高介电常数的材料基体上钻孔实现低损耗低介电常数材料的等效形式的专利技术和创新，采用 钻柱形孔形式，设计出了一种高效率、高增益、成本低廉、便于加工批量生产的等效介电常数的介质透镜天线。该介质透镜适用于卫星无线通信中一线多星的龙伯透镜天线系统，它的基本结构 包括金本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
一种用于卫星无线通信的高效率龙伯透镜天线基于新型的柱形开孔结构，包括金属反射板、馈源支架导轨部分、介质透镜天线部分以及馈源部分。介质透镜天线部分固定于金属反射板上方。支架部分用来调解馈源的波束扫描角度以及馈源焦距。2.根据权利要求1所述的一种用于卫星无线通信的高效率龙伯透镜天线基于等效媒 质理论的指定介电常数的介质透镜天线，其特征在于至少包含一个介质透镜，透镜由均勻 分布的空气孔在其中构成。3.根据权利要求1和2所述的一种用于卫星无线通信的高效率龙伯透镜天线基于等效 媒质理论的指定介电常数的介质透镜天线，其特征在于固定装置与金属反射板、介质透镜 和馈源相连接。4.根据权利要求1所述的一种用于卫星无线通信的高效率龙伯透镜天线基于等效媒 质理论的指定介电常数的介质透镜天线，其特征在于介质透镜材料的形状和孔间距和数目 以及介质材料种类可以有所调整，以满足不同的设计要求。5.根据权利要求1所述的一种用于卫...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨仕文，刘志佳，黄明，聂在平，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90
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