一种多波束透镜天线

1.本实用新型涉及天线技术领域，特别涉及一种多波束透镜天线。


背景技术：

2.透镜天线是常用的微波天线之一，由于多波束透镜天线具有发射波束窄、增益高、传输距离远、能覆盖特定形状的空域、能以组合馈源方式实现低旁瓣的优点，因此多波束透镜天线广泛地应用于各类卫星通行以及电子对抗等技术领域中。如何获得高增益、低副瓣的性能是透镜天线重要的研究设计方向。
3.现有的透镜天线在获得高增益、低副瓣的性能上还可进一步提高，而且在获得更高增益、更低副瓣性能时结构较复杂。本领域技术人员希望在有一种多波束透镜天线，可以结构更简单地实现高增益低副瓣性能。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的是提出一种多波束透镜天线，旨在解决现有技术中透镜天线在获得高增益低副瓣的性能时结构较复杂的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提出一种多波束透镜天线，包括介质透镜，所述介质透镜为圆柱体，所述介质透镜的侧壁的外侧设有发射组件，所述发射组件包括多个天线单元，多个所述天线单元沿所述介质透镜周向依次排列，所有所述天线单元的发射侧均朝向所述介质透镜的轴线，所述多波束透镜天线还包括金属圆盘，所述金属圆盘的数量为两个，两个所述金属圆盘分别设于所述介质透镜的两个端面上。
6.发射组件设置在圆柱体的介质透镜的外周，发射组件包括多个天线单元，多个天线单元的发射端朝向介质透镜的轴线，多个天线单元发射的电磁波向介质透镜的中部汇聚，可以实现电磁波的聚焦，把天线单元的电磁波转换为平面波发射出去，获得高增益窄波束特性，也能保持发射阵列原有的阻抗特性不变；金属圆盘可以压缩电磁波，调整馈源的相位，以改善天线波束的副瓣，获得低副瓣的天线波束。本技术设置多个天线单元在介质透镜的外周，并且在介质透镜的端面上设置金属圆盘，可以结构较简单地获得高增益、低副瓣的性能。
7.优选地，所述天线单元包括介质基片，所述介质基片的正面和反面分别设有微带线和金属地板，所述天线单元的远离所述介质透镜的一侧称为输入侧，所述金属地板上靠近所述发射侧的一侧设有开口朝向所述介质透镜的第一开槽，所述第一开槽的宽度在从靠近到远离所述介质透镜的方向上逐渐减少，所述微带线从所述输入侧向所述发射侧延伸，所述微带线的靠近所述发射侧的一侧与所述第一开槽位置对应设置。
8.微带线连接信号线，微带线和金属地板形成微带天线；金属地板上朝向介质透镜的一侧设有第一开槽，使电磁波向介质透镜方向发射。
9.优选地，所述金属地板上还设有第二开孔，所述第二开孔位于所述第一开槽的远离所述介质透镜的一侧，所述第二开孔与所述第一开槽连通，所述微带线的靠近所述发射
侧的端部正对于所述第二开孔。
10.在第一开槽的远离所述介质透镜的一侧设置第二开孔，微带线的靠近所述发射侧的端部正对于所述第二开孔，这样可以提高能量的耦合。
11.优选地，所述微带线包括第一微带线和第二微带线，所述第一微带线从所述输入侧向所述发射侧延伸，所述第二微带线的一端连接于所述第一微带线的靠近所述发射侧的端部，所述第二微带线垂直于所述第一微带线。
12.第一微带线和第二微带线呈l型，使第二微带线与第二开孔对应。
13.优选地，所述微带线还包括与所述第二微带线连接的第三微带线，所述第三微带线设于所述第一微带线的靠近所述输入侧的一侧，所述第三微带线与所述第一微带线共线设置，所述第一微带线、所述第二微带线和所述第三微带线的宽度各异。
14.微带线设置三段不同宽度的第一微带线、第二微带线和第三微带线，通过改变第一微带线、第二微带线和第三微带线，可以改变微带线的阻抗，使阻抗与需要的波长的匹配。
15.优选地，相邻的两个所述天线单元的中线的夹角a为10至20度。这样可以使不同天线单元的波束交叠，以实现波束之间交叠点的约为8
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12db之间。
16.优选地，所述发射组件位于所述介质透镜在厚度方向上的中部。这样可以减少发射阵列的天线单元的阻抗特性的影响。
17.优选地，所述金属圆盘包括圆板和设于所述圆板的外周的环板，所述圆板设于所述介质透镜的端面上，所述环板在从靠近到远离所述介质透镜的方向上向外倾斜设置。环板向外倾斜设置成喇叭口，可以进一步调整馈源的相位，进一步降低天线波束的副瓣。
18.优选地，两个所述金属圆盘对称设置。这样对从中间发射的电磁波能较均匀地影响。
19.优选地，所述金属圆盘为铝合金材质。
附图说明
20.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。
21.图1为本实用新型的多波束透镜天线的立体结构示意图；
22.图2为本实用新型的发射组件的正面的结构示意图；
23.图3为本实用新型的发射组件的反面的结构示意图；
24.图4为本实用新型的发射组件的反面和介质透镜的结构示意图；
25.图5为本实用新型中四个发射组件的四个波束的示意图。
26.附图中：1
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介质透镜、2
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发射组件、22
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介质基片、23
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微带线、231
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第一微带线、232
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第二微带线、233
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第三微带线、24
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金属地板、241
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第一开槽、242
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第二开孔、25
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间隙、3
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金属圆盘、31
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圆板、32
‑
环板。
27.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
28.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。
29.需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态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。
30.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。
31.如图1至图5所示，一种多波束透镜天线，包括介质透镜1、发射组件2和金属圆盘3。
32.介质透镜1为圆柱体，圆柱体指的是外形为圆柱体，介质透镜1可以是实心圆柱体，或者是在圆柱体内设有多个空孔。介质透镜1的介电常数约为1.8
‑
3.5之间。
33.介质透镜1的侧壁的外侧设有发射组件2，发射组件2包括多个天线单元，多个天线单元沿介质透镜1周向依次排列，所有天线单元的发射侧均朝向介质透镜1的轴线。天线单元可以为波导喇叭、vivaldi天线或八木天线等定向辐射天线类型。
34.金属圆盘3的数量为两个，两个金属圆盘3分别设于介质透镜1的两个端面上。金属圆盘3可以为铝合金材质或铜材质等。
35.发射组件2设置在圆柱体的介质透镜1的外周，发射组件2包括多个天线单元，多个天线单元的发射端朝向介质透镜1的轴线，多个天线单元发射的电磁波向介质透镜1的中部汇聚，可以实现电磁波的聚焦，把天线单元的电磁波转换为平面波发射出去，获得高增益窄波束特性，也能保持发射阵列原有的阻抗特性不变；金属圆盘3可以压缩电磁波，调整馈源的相位，以改善天线波束的副瓣，获得低副瓣的天线波束。本技术设置多个天线单元在介质透镜1的外周，并且在介质透镜的端面上设置金属圆盘3，可以结构较简单地获得高增益、低副瓣的性能。
36.在一些具体实施例中，天线单元包括介质基片22，介质基片22的正面和反面分别设有微带线23和金属地板24，天线单元的远离介质透镜1的一侧称为输入侧，金属地板24上靠近发射侧的一侧设有开口朝向介质透镜1的第一开槽241，第一开槽241的宽度在从靠近到远离介质透镜1的方向上逐渐减少，微带线23从输入侧向发射侧延伸，微带线23的靠近发射侧的一侧与第一开槽241位置对应设置。
37.微带线23连接信号线，微带线23和金属地板24形成微带天线；金属地板24上朝向介质透镜1的一侧设有第一开槽241，使电磁波向介质透镜1方向发射。具体地，第一开槽241的宽度在从靠近到远离介质透镜1的方向上逐渐减少，第一开槽241的侧边为弧形，两个侧边从靠近介质透镜1到远离介质透镜1逐渐靠近，并延伸至第二开孔242，第二开孔242为圆形。
38.进一步地，金属地板24上还设有第二开孔242，第二开孔242位于第一开槽241的远离介质透镜1的一侧，第二开孔242与第一开槽241连通，微带线23的靠近发射侧的端部正对于第二开孔242。
39.在第一开槽241的远离介质透镜1的一侧设置第二开孔242，微带线23的靠近发射侧的端部正对于第二开孔242，这样可以提高能量的耦合。
40.进一步地，微带线23包括第一微带线231和第二微带线232，第一微带线231从输入侧向发射侧延伸，第二微带线232的一端连接于第一微带线231的靠近发射侧的端部，第二微带线232垂直于第一微带线231。第一微带线231和第二微带线232呈l型，使第二微带线232与第二开孔242对应。
41.进一步地，微带线23还包括与第二微带线232连接的第三微带线233，第三微带线233设于第一微带线231的靠近输入侧的一侧，第三微带线233与第一微带线231共线设置，第一微带线231、第二微带线232和第三微带线233的宽度各异。
42.微带线23设置三段不同宽度的第一微带线231、第二微带线232和第三微带线233，通过改变第一微带线231、第二微带线232和第三微带线233，可以改变微带线23的阻抗，使阻抗与需要的波长的匹配。
43.在一些具体实施例中，相邻的两个天线单元的中线的夹角a为10至20度。这样可以使不同天线单元的波束交叠，以实现波束之间交叠点的位置约为8
‑
12db之间。
44.在一些具体实施例中，发射组件2位于介质透镜1在厚度方向上的中部。这样可以减少发射阵列的天线单元的阻抗特性的影响。
45.在一些具体实施例中，介质透镜1的侧壁与发射组件2之间具有间隙25，可以容易获得较合适的电磁波焦点发射位置。
46.在一些具体实施例中，金属圆盘3包括圆板31和设于圆板31的外周的环板32，圆板31设于介质透镜1的端面上，环板32在从靠近到远离介质透镜1的方向上向外倾斜设置，使得环板32成截锥形。环板32向外倾斜设置成喇叭口，可以进一步调整馈源的相位，进一步降低天线波束的副瓣。
47.进一步地，两个金属圆盘3对称设置。这样对从中间发射的电磁波能较均匀地影响。
48.具体地，介质透镜1是厚度为10mm，直径为96mm的实心圆柱介质，介质的介电常数约为2.5；发射阵列位于介质透镜1的厚度的一半即5mm的位置处，发射阵列具有四个天线单元；四个天线单元共用一个介质基板，介质基板上沿介质透镜1的周向排布，天线单元之前的夹角为15度，以实现波束之间交叠点的位置约为10db；天线单元的金属地板24的靠近介质透镜1的边缘平齐于介质基板的边缘，介质基板与介质透镜1之间的间隙25为8mm，参照图5为本多波束透镜天线发射的四个波束的示意图，波束特性较好。
49.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。