本發(fā)明適用于無線通信，尤其涉及一種高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、透鏡天線因其結(jié)構(gòu)簡單、工作頻帶寬、增益高等優(yōu)勢在諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，例如，雷達(dá)定位、射電天文、微波中繼站、天線測量等領(lǐng)域。以雷達(dá)定位為例，在雷達(dá)系統(tǒng)中通常對(duì)終端天線的增益有很高的要求，天線增益越高，定位的誤差就越小，且定位的距離更遠(yuǎn)。

2、目前提高透鏡天線增益的方法有：1.增大天線口徑，但其會(huì)增大系統(tǒng)體積和質(zhì)量，且需要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.增加平板介質(zhì)覆層，但會(huì)使得透鏡天線整體變得笨重，且增益通常只有3分貝（db）的提升，增益效果不佳。3.使用天線陣列，但其設(shè)計(jì)過程復(fù)雜，且成本高。

3、因此，亟需一種新的高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備，解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備，旨在設(shè)計(jì)出增益效果明顯、工作頻帶寬且質(zhì)量輕的透鏡天線。

2、第一方面，一種高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)方法，所述設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

3、s1、對(duì)天線進(jìn)行仿真，得到所述天線的工作頻段范圍；

4、s2、根據(jù)所述工作頻段范圍設(shè)計(jì)介質(zhì)透鏡模型，所述介質(zhì)透鏡模型由自內(nèi)向外依次逐層環(huán)繞固定的多個(gè)介質(zhì)單元構(gòu)成，按預(yù)設(shè)規(guī)則對(duì)所述介質(zhì)透鏡模型中的每一介質(zhì)單元的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，使得電磁波經(jīng)過每一介質(zhì)單元后皆聚焦于所述介質(zhì)透鏡模型的焦點(diǎn)，根據(jù)調(diào)整優(yōu)化后的所述介質(zhì)透鏡模型得到介質(zhì)透鏡；其中，所述參數(shù)包括介質(zhì)單元的介質(zhì)厚度和介電常數(shù)；

5、s3、將所述介質(zhì)透鏡與所述天線進(jìn)行組裝，得到透鏡天線。

6、優(yōu)選地，所述介質(zhì)透鏡包括十個(gè)介質(zhì)單元。

7、優(yōu)選地，所述介質(zhì)透鏡為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

8、優(yōu)選地，所述介質(zhì)透鏡為立方體型。

9、優(yōu)選地，步驟s2中，所述預(yù)設(shè)規(guī)則為，使每一所述介質(zhì)單元滿足如下條件：

10、；

11、其中， d表示所述介質(zhì)單元的厚度， f表示所述介質(zhì)透鏡模型的焦距， θ表示電磁波經(jīng)所述介質(zhì)單元后的折射夾角， εrmax表示所述介質(zhì)單元所用材料的最大相對(duì)介電常數(shù)， εr表示所述介質(zhì)單元的相對(duì)介電常數(shù)。

12、第二方面，本發(fā)明還提供一種高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括：

13、仿真模塊，用于對(duì)天線進(jìn)行仿真，得到所述天線的工作頻段范圍；

14、透鏡修改模塊，用于根據(jù)所述工作頻段范圍設(shè)計(jì)介質(zhì)透鏡模型，所述介質(zhì)透鏡模型由自內(nèi)向外依次逐層環(huán)繞固定的多個(gè)介質(zhì)單元構(gòu)成，按預(yù)設(shè)規(guī)則對(duì)所述介質(zhì)透鏡模型中的每一介質(zhì)單元的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，使得電磁波經(jīng)過每一介質(zhì)單元后皆聚焦于所述介質(zhì)透鏡模型的焦點(diǎn)，根據(jù)調(diào)整優(yōu)化后的所述介質(zhì)透鏡模型得到介質(zhì)透鏡；其中，所述參數(shù)包括介質(zhì)單元的介質(zhì)厚度和介電常數(shù)；

15、組裝模塊，用于將所述介質(zhì)透鏡與所述天線進(jìn)行組裝，得到透鏡天線。

16、優(yōu)選地，所述介質(zhì)透鏡包括十個(gè)介質(zhì)單元。

17、優(yōu)選地，所述介質(zhì)透鏡為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

18、優(yōu)選地，所述透鏡修改模塊中，所述預(yù)設(shè)規(guī)則為，使每一所述介質(zhì)單元滿足如下條件：

19、；

20、其中， d表示所述介質(zhì)單元的厚度， f表示所述介質(zhì)透鏡模型的焦距， θ表示電磁波經(jīng)過所述介質(zhì)單元后的折射夾角， εrmax表示所述介質(zhì)單元所用材料的最大相對(duì)介電常數(shù)， εr表示所述介質(zhì)單元的相對(duì)介電常數(shù)。

21、第三方面，本發(fā)明還提供一種透鏡天線，所述透鏡天線通過如上述實(shí)施例任一項(xiàng)所述的高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)方法制備而成。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過對(duì)天線進(jìn)行仿真，得到天線的工作頻段范圍；根據(jù)工作頻段范圍對(duì)介質(zhì)透鏡中每一介質(zhì)單元的參數(shù)進(jìn)行修改以對(duì)電磁波的相位進(jìn)行控制，得到介質(zhì)透鏡；其中，參數(shù)包括介質(zhì)厚度和介電常數(shù)；將介質(zhì)透鏡與天線進(jìn)行組裝，得到透鏡天線。本發(fā)明通過改善介質(zhì)透鏡的介質(zhì)厚度和介電常數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的聚焦效果，得到的透鏡天線增益效果更好、工作頻帶更寬且質(zhì)量更輕。

技術(shù)特征：

1.一種高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述介質(zhì)透鏡包括十個(gè)介質(zhì)單元。

3.如權(quán)利要求1所述的高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述介質(zhì)透鏡為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

4.如權(quán)利要求1所述的高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述介質(zhì)透鏡為立方體型。

5.如權(quán)利要求1所述的高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟s2中，所述預(yù)設(shè)規(guī)則為，使每一所述介質(zhì)單元滿足如下條件：

6.一種高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

7.如權(quán)利要求6所述的高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述介質(zhì)透鏡包括十個(gè)介質(zhì)單元。

8.如權(quán)利要求6所述的高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述介質(zhì)透鏡為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

9.如權(quán)利要求6所述的高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡修改模塊中，所述預(yù)設(shè)規(guī)則為，使每一所述介質(zhì)單元滿足如下條件：

10.一種透鏡天線，其特征在于，所述透鏡天線通過如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)方法制備而成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明適用于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高增益透鏡天線的設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備，所述方法對(duì)天線進(jìn)行仿真，得到天線的工作頻段范圍；根據(jù)工作頻段范圍設(shè)計(jì)介質(zhì)透鏡模型，介質(zhì)透鏡模型由自內(nèi)向外依次逐層環(huán)繞固定的多個(gè)介質(zhì)單元構(gòu)成，按預(yù)設(shè)規(guī)則對(duì)介質(zhì)透鏡模型中的每一介質(zhì)單元的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，使得電磁波經(jīng)過每一介質(zhì)單元后皆聚焦于介質(zhì)透鏡模型的焦點(diǎn)；其中，參數(shù)包括介質(zhì)單元的介質(zhì)厚度和介電常數(shù)；將介質(zhì)透鏡與天線進(jìn)行組裝，得到透鏡天線。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過改善介質(zhì)透鏡的介質(zhì)厚度和介電常數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的聚焦效果，得到的透鏡天線增益效果更好、工作頻帶更寬且質(zhì)量更輕。

技術(shù)研發(fā)人員：喻偉晟,郭嘉帥,胡濱,楊佳,黃凱峰,陳林烽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳飛驤科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19