一种多孔透镜天线的制作方法

本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种多孔透镜天线。

背景技术：

随着社会不断向前发展，人们对无线通信的需求也在不断增长，有关于电磁波的使用频率逐渐趋于毫米波。毫米波具有较短的工作波长，可以有效减小元器件及系统的尺寸，由于波长短，毫米波用在雷达、成像等方面也有着更高的分辨率；除此之外，毫米波能够提供更大的带宽、更高的数据速率，因此近年来受到通信行业的广泛关注。

但除上述优点外，毫米波也有着传播损耗太大、覆盖范围太小等缺点。因此，为了实现毫米波的远距离传输，同时确保通信过程中信息的安全保密，天线通常需要具有高增益、低副瓣以及较大的功率容量的特性。为实现上述功能，对于毫米波的传输可采用龙伯透镜，龙伯透镜是一个完整的球形透镜，并且球体从外到内材料的介电常数是梯度变化的，由此使毫米波向特定方向辐射，使其能实现远距离传输，但现有的龙伯透镜制作过程较为复杂，需要逐层制作最终形成球形透镜，工艺要求也较高，并且还有部分结构是将龙伯透镜开孔以进一步提升其增益效果，由于在实际生产时，各个孔会延伸至透镜的内部，在位于中心位置时，各个孔的顶点均延伸到球心，而各个开孔之间极小的缝隙采用目前3d打印技术精度不能满足，加工较为困难。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提出一种多孔透镜天线，旨在解决现有的透镜天线加工复杂，不能保证其加工精度的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种多孔透镜天线，包括介质透镜和用于向所述介质透镜辐射电磁波的天线；

所述介质透镜设有若干个开孔，所述开孔从所述介质透镜的表面向其中心延伸，且所述开孔的末端与所述介质透镜的球心具有间隔d。

优选地，所述开孔的直径由所述介质透镜的表面向其中心逐渐减小。

优选地，所述介质透镜为实心的球形或半球形，且所述介质透镜由公知的均匀绝缘材料制成。

优选地，所述介质透镜为实心的球形或半球形，且所述介质透镜由多层具有不同介电常数的绝缘材料制成。

优选地，所述间隔d与所述介质透镜的半径之比为1/20-1/10：1。

优选地，所述开孔的直径与所述介质透镜的直径之比为1：5-25。

优选地，所述开孔均匀阵列分布在所述介质透镜上，且相邻两个所述开孔之间的间距h与所述介质透镜的直径之比为1：5-30。

优选地，所述开孔的横截面为圆形或椭圆形。

优选地，所述开孔的横截面为多边形。

优选地，所述天线与所述介质透镜的外壁相切。

本实用新型的多孔透镜天线具有如下有益效果：本方案的介质透镜可为均匀且实心的球形或半球形，其加工过程较为简单；介质透镜还可设置为具有多层绝缘材料的结构，上述两种结构均可以保证电磁波具有较好的增益效果。除此之外，本方案中保留了介质透镜的中心部分不设置开孔，在保证了球形透镜提高增益效果的同时，也满足了3d打印的精度，加工更为方便。并且限制了开孔的开设大小以及各个开孔之间的间隔，保证了本方案中的多孔透镜天线具有最佳的增益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型多孔透镜天线一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型多孔透镜天线的剖面图；

图3为本实用新型多孔透镜天线另一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型多孔透镜天线又一实施例的结构示意图；

图5为未设置开孔时的介质透镜单独仿真phi＝0deg和phi＝90deg的辐射方向图；

图6为本实用新型多孔透镜天线仿真phi＝0deg和phi＝90deg的辐射方向图。

附图中：1-介质透镜、11-开孔、2-天线。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

在本实用新型一实施例中，如图1至图6所示，一种多孔透镜天线2，包括介质透镜1和用于向所述介质透镜1辐射电磁波的天线2；

所述介质透镜1设有若干个开孔11，所述开孔11从所述介质透镜1的表面向其中心延伸，且所述开孔11的末端与所述介质透镜1的球心具有间隔d。

具体的，本方案中的天线2向外部持续发射电磁波，电磁波信号经过介质透镜1后将会转换为平面电磁波，可获得笔形、扇形或其他形状的波束，从而提高了多孔透镜天线2的增益，并使多孔透镜天线2还具有旁瓣和后瓣小，方向性好等优点，特别适用于电磁波信号如毫米波的传输，本方案中的天线2优选贴片天线2。介质透镜1内设置有多个均匀分布且由介质透镜1表面指向其中心的开孔11，并且开孔11并不延伸至介质透镜1的中心点，而是与中心点存在间隔d。这主要是由于如果开孔11的顶点部分全部延伸到球心，各个开孔11之间极小的缝隙是目前3d打印技术的精度所不能满足的，因此，本方案中保留介质透镜1的中心部分不设置开孔11，即保证了球形透镜提高增益的效果的同时，也满足了3d打印的精度，加工更为方便。

进一步地，所述开孔11的直径由所述介质透镜1的表面向其中心逐渐减小。如此，在介质透镜1上设置直径减缩的开孔11后，能从结构上实现透镜内部等效介电常数的渐变，使得介质透镜1天线2具有更高的增益效果和方向性，适应范围更广。

进一步地，所述介质透镜1为实心的球形或半球形，且所述介质透镜1由公知的均匀绝缘材料制成。具体的，本方案中的介质透镜1可为球形或半球形，当介质透镜1呈球形时，具体可为球形或椭球形，当介质透镜1为半球形时，可为截面呈圆形或椭圆形的半球。在本方案中介质透镜1的内部为实心结构，制作时采用单一的绝缘材料制作好实心的介质透镜1后，由于介质透镜1内部只存在一种材料，其介电常数保持一致。介质透镜1可以一次成型，其制作方式简单，制作成本较低，有利于工业化成产。经球形或半球形的介质透镜1可使天线2发射出的毫米波信号具有非常好的方向性和增益效果。绝缘材料可采用光聚合物树脂、红蜡、abs、pla、尼龙、pmi或陶瓷等，原料来源广泛，生产制造的成本相对较低，并且具有较好的强度以及耐老化性，介质透镜1在制备完成后，能保证其具有较久的使用寿命。采用光聚合物树脂制作介质透镜1时，可采用3d打印技术来制作该介质透镜1，制作效率较高。除上述材料外，介质透镜1的加工也可以采用其它材料或者其它增材制造技术实现，可根据实际应用的需求选择合适的3d打印材料和3d打印机。

进一步地，所述介质透镜1为实心的球形或半球形，且所述介质透镜1由多层具有不同介电常数的绝缘材料制成。具体地，介质透镜1除了可以由上述单层均匀的绝缘材料制得以外，还可由多层不同介质常数的绝缘材料所制得，如具体包括3层、4层或更多层绝缘材料，其对于电磁波信号的增益效果也较佳。

进一步地，所述间隔d与所述介质透镜1的半径之比为1/20-1/10：1。由于增设有开孔11后，可以促进增益效果，而间隔d的设置可以改善介质透镜1的制作过程，间隔d可随着介质透镜1半径的增大而增大，但存在最佳的范围，具体是间隔d与介质透镜1的半径之比为1/20-1/10：1，在这一范围内，既能保证介质透镜1便于加工，又可以使发射出的电磁波信号具有最佳的增益效果。

进一步地，所述开孔11的直径与所述介质透镜1的直径之比为1：5-25。可以理解，由于开孔11是直接开设在介质透镜1上的，因此其直径不能过大，当开孔11的直径过大时，将会导致介质透镜1的内部存在大范围的空缺部分，达不到要求的增益效果。

进一步地，所述开孔11均匀阵列分布在所述介质透镜1上，且相邻两个所述开孔11之间的间距h与所述介质透镜1的直径之比为1：5-30。可以理解，随着开孔11的个数的增多，实心介质透镜1的内部将会越来越空洞，当开孔11的个数过多时，将会使介质透镜1达不到最佳的增益效果，甚至达不到增益效果，因此，本方案限定相邻个开孔11之间的间距为h，间距h与介质透镜1的直径为1：5-30，在这一范围内时，开孔11的设置个数最佳，达到的增益效果最好。

进一步地，所述开孔11的横截面为圆形或椭圆形。在本实施例中，开孔11可设置为各种结构，对应的，开孔11的横截面将会呈现为圆形或者椭圆形，对应的上述结构仍然保持较佳的增益效果。

进一步地，所述开孔11的横截面为多边形。可以理解，开孔11可以为不同的多边形结构，加工过程有所不同，但上述结构均具有较佳的增益效果，如图3至图4所示，可以将其设置为矩形的开孔11，或者，开孔11还可设置为三角形、梯形、五边形、六边形、十二边形和十六边形等不同的形状。

进一步地，所述天线2与所述介质透镜1的外壁相切。当天线2与介质透镜1的外壁相切放置时，天线2的安装位置较佳，紧贴在介质透镜1的外壁，经天线2辐射出的电磁波可以直达介质透镜1，增益效果较佳。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。