一种龙伯透镜反射器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及通信领域，更具体地说，设及一种龙伯透镜反射器。
【背景技术】
[0002] 龙伯球是由R. K.龙伯于1944年基于几何光学法提出的概念。龙伯透镜天线是一 种透过电介质将电磁波聚焦至焦点的透镜天线。它是一个由介电材料制成的球体，能够将 各个方向传来的电磁波汇聚到透镜表面相应的一点。在无限接近球体表面的部分，其材质 的介电常数=1(即与空气的介电常数相同），其球屯、处的介电常数=2。球体从表面到中 屯、材质的介电常数是渐变的，其变化规律为￡f(r) =2-(r/R)2(0《r《R)，其中，r为当前 位置到球体中屯、的距离，R为龙伯球的半径。
[0003] 龙伯球一般都是针对特定目标入射电磁波进行设计的。目标入射电磁波穿透球体 表面，然后折射聚焦到球体另一面的焦点上，不同电磁波信号的入射方向不同，在球面上汇 聚的焦点位置也不同。因此在龙伯球为完全球体的情况下，接收信号角度方位广，只需沿着 透镜表面简单地移动馈源位置，或放置多个馈源，就可W同时接收多个信号而不需改变透 镜天线的位置。此外不像其他天线具有有限的适用频带，龙伯球可用于例如波长为从1米 到0. 1厘米的微波W及波长大于微波的全部电磁波段，包括波长从3000米到10 3米的无线 电波，因此适用于大容量的带宽通信系统。
[0004] 另外，由于龙伯球具有将电磁波聚焦的特性，使其雷达反射截面积（即RCS值，也 是衡量龙伯球性能的关键技术指标）远大于其物理截面积，因此可用于设置防雷达假目 标、干扰伪装、祀的标定、救援等方面。
[0005] 作为完整球体的龙伯球的球对称结构和聚焦电磁波的功能使其广泛应用在卫星 通信、雷达天线、电子对抗等领域，做为卫星地面站、卫星新闻转播车、射电天文望远镜、军 用假目标、祀机、祀弹、汽车防撞雷达等的天线部件。
[0006] 理论上，用于龙伯球的材料的介电常数从球屯、到最外层应该是从2到1连续变化。 然而实际上是无法制作出运样理想的龙伯球的，一般常用分层设计的离散球壳来代替。
[0007] 最初，制作龙伯球是利用具有不同介电常数的材料来进行，然而能满足要求的材 料非常有限，而且材料之间介电常数梯度太大，因此通过材料选择来制作的龙伯球质量大， 透镜的福射特性也不是最佳，一直没有得到广泛应用。
[0008] 2003 年，S6bastien R ondineau 等（S6bastien R ondineau 等.Asliced spherical luneburg lens. IEEE Antennas Wireless Propagat. lett. 2003,2 :163-166) 将龙伯球沿球径方向分层，按照一定打孔规则在介质层上打孔，W期达到所需的介电常数。 运种打孔设计的龙伯透镜在孔定位和加工上操作难度非常大，而且由于孔的数目多，存在 形变和机械强度不足等问题，各部分间的牢固性低。运种设计方法只是实现了宏观上的介 电常数等效，透镜天线的效率很低，在26. 5GHz，效率只有30%，在32GHz，效率只有15%。
[0009] 发泡法是目前最常用的制作龙伯球的方法。该方法一般是先将用树脂制作的珠料 适当发泡，然后按粒度大小进行筛选分组。然后根据所设计的介电常数将不同组的发泡材 料混合而使混合材料的介电常数等于预定的介电常数。再将粘合剂和泡沫珠料混在一起， 灌在尺寸合适的球型模具中，待粘合剂中的可挥发成分挥发后，使珠料硬化、粘合而获得具 有预定介电常数的球壳。
[0010] 目前制作的龙伯球通常是由多层具有不同介电常数的材料包裹而成的，其介电常 数的变化是离散的，近似模拟理想状态下的介电常数连续平滑变化。一般而言，包裹的材料 层数越多，透镜天线越接近理想状态，然而运也相应的增加了层与层之间存在空气的概率， 理论上，空气层的径向厚度大于入射波长的5%即可显著地使龙伯球性能下降。
[0011] 另外，增加层数还会相应加大制造难度和材料成本、模具成本W及制造周期。因 此，现有技术通常把球体的层数限制在10层左右，少见多于10层的结构，因此模拟理想的 介电常数连续平滑变化的程度有限，尤其是对于大尺寸的龙伯球。
[0012] 现有技术中通过发泡法制造龙伯球所使用的材料通常为聚苯乙締泡沫。可通过控 制泡沫密度来控制其内的空气体积分数，从而控制其宏观平均介电常数为预期值。但发泡 时泡沫密度达到预期值只能说明整块泡沫的宏观平均介电常数达到预期值，由于发泡工艺 的特点，在微观上很难保证材料处处均匀一致，因此在微观上泡沫内一定大量存在体积过 大或过小的气泡，从而使介电常数在微观上出现波动，造成产品性能与预期出现偏差，而且 不同批次产品的性能偏差程度也不同，此外，根据散射效应，当泡沫内气泡的直径大于Ξ分 之一的入射波长时，也会造成龙伯透镜性能显著下降。同时，发泡法在模制过程中珠料可能 发生二次发泡，使得介电常数不易控制，均匀性降低。另外，发泡材料在模具冷却后发生收 缩，从而导致在拼装时相邻的球壳之间会出现空气间隙，进而对透镜的性能产生较大影响。 因此，发泡法存在介电常数公差难W控制、内部不易均匀等难W克服的问题。
[0013] 龙伯球作为一种电介质无源器件，具有体积小、重量轻、雷达截面积大、方向图和 频谱宽度大的优点，但其制作工艺难度高、过程繁琐耗时、成本高、产品一致性差，限制了其 推广和应用。
[0014] 龙伯透镜反射器是一种能将入射电磁波聚焦并沿入射线原轨迹反射回去的电介 质球形装置，可W作为例如无源干扰伪装器材。通常包括龙伯球主体（在本文中有时也称 为龙伯球）和表面金属反射层。龙伯球主体最外层的介电常数与空气相近，越靠近球屯、，介 电常数越大。按金属反射面的大小，龙伯透镜反射器可W分为90°、140°和180°等方向 图宽度的反向器。运类反射器可用于例如设置防雷达假目标和干扰遮障、均衡遮障等场合， 具有体积小、重量轻、雷达截面积大、方向图和频谱宽度大的优点，但其制作工艺难度高、过 程繁琐耗时、成本高、成品性能一致性差，限制了其推广和应用。 【实用新型内容】
[0015] 针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种制作工艺简单、成本低、使用效果好 的龙伯透镜反射器及其制作方法。
[0016] 本实用新型的目的是通过如下技术方案来实现的。
[0017] 1、一种龙伯透镜反射器，所述龙伯透镜反射器包括龙伯球主体和金属反射层；所 述金属反射层设置在所述龙伯球主体的表面上；所述龙伯球主体为半径为R的完整球体， 并且被设计为包括介电常数彼此不同的η个同屯、层，球屯、层表示为第1层，第2个至第η个 同屯、层按照半径由小到大的顺序依次表示为第2个同屯、层至第η个同屯、层，其中，η为不小 于3的整数，ri为球屯、层半径；r。等于R ;r 1为第i个同屯、层的半径；优选的是，r 1为第i个 同屯、层的外表面半径1·。;和内表面半径r。的平均值r Ai;l《i《η ;其特征在于：
[001引所述η个同屯、层中的第i个同屯、层的平均介电常数ε 1= 2-bi/R)2，所述η个同 屯、层中的至少一个同屯、层分布有空腔；
[0019] 所述η个同屯、层中具有空腔的每一个同屯、层中的空腔体积分数被设计成使得该 同屯、层的平均介电常数=该同屯、层材料的介电常数X (1-该同屯、层中全部空腔的体积分 数）+该同屯、层空腔中介质的介电常数