一種透鏡接收天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種透鏡接收天線，將兩個(gè)厚度均勻的凸透鏡天線、一個(gè)圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線依次放置在同一軸平面上，將饋源天線放置在圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線之后。將金屬支桿的一端連接伺服控制模塊帶動(dòng)的驅(qū)動(dòng)圓盤中心軸，另一端連接圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線的中心軸。饋源天線后端接入圖像接收處理模塊。本發(fā)明只用單一的厚度均勻變化的透鏡天線以均勻速度繞透鏡的軸中心進(jìn)行周期性旋轉(zhuǎn)就可以進(jìn)行目標(biāo)物體的掃描成像，前置的兩個(gè)凸透鏡實(shí)現(xiàn)了將分散的波束進(jìn)行聚集實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)物體成像的完整性，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，圖像質(zhì)量好，成像時(shí)間短，在一定范圍內(nèi)物體的快速實(shí)時(shí)成像。增加了視場(chǎng)范圍和分辨率。
【專利說(shuō)明】
一種透鏡接收天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及透鏡天線，尤其涉及一種透鏡接收天線，屬于毫米波技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著毫米波技術(shù)的發(fā)展，毫米波成像越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外等各個(gè)領(lǐng)域包括軍事探測(cè)，地圖遙感，遠(yuǎn)距離探測(cè)目標(biāo)等方面的青睞。在成像系統(tǒng)中，天線對(duì)于物體的成像具有很重要的作用。目前大多數(shù)采用的天線是利用天線陣列，球形透鏡或者多饋源進(jìn)行物體的掃描成像，但是這些方法對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)麻煩，成本高，不易于進(jìn)行實(shí)際操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問(wèn)題的不足，本發(fā)明提供了一種單一的透鏡天線且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝，節(jié)約成本。適應(yīng)頻率為200GHZ的毫米波成像。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種透鏡接收天線，包括三個(gè)介質(zhì)透鏡天線、一個(gè)伺服控制模塊、一個(gè)饋源天線、一個(gè)金屬支桿;三個(gè)介質(zhì)透鏡天線包括兩個(gè)厚度均勻的凸透鏡天線和一個(gè)圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線；
[0005]將兩個(gè)厚度均勻的凸透鏡天線、一個(gè)圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線依次放置在同一軸平面上，將饋源天線放置在圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線之后。將金屬支桿的一端連接伺服控制模塊帶動(dòng)的驅(qū)動(dòng)圓盤中心軸，另一端連接圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線的中心軸。同時(shí)，饋源天線后端接入圖像接收處理模塊。
[0006]所述三個(gè)介質(zhì)透鏡天線其中兩個(gè)為厚度均勻且焦距相同的厚度均勻的凸透鏡天線，另一個(gè)為厚度不均勻的平凸透鏡天線。兩個(gè)凸透鏡天線的焦距要小于平凸透鏡天線焦距。
[0007]所述厚度不均勻的平凸透鏡天線，其厚度沿圓周方向呈現(xiàn)均勻的厚度變化，使其沿著圓周方向順時(shí)針從O度到180度的折射率從2到I均勻的變化，從180度到360度的折射率從I到2均勻的變化。
[0008]所述的兩個(gè)厚度均勻的凸透鏡天線依次放置且兩透鏡天線之間相隔的距離為兩凸透鏡焦距之和，同時(shí)厚度均勻變化的平凸透鏡天線的凸面對(duì)著前面的凸透鏡天線，且厚度均勻變化的平凸透鏡與厚度均勻的凸透鏡天線之間的距離相隔為大于等于平凸透鏡天線的凸面焦距。根據(jù)波長(zhǎng)公式計(jì)算出頻率為200GHZ的毫米波的波長(zhǎng)為1.5mm，所以要求各透鏡天線的半徑、焦距至少要求為15mm。所述饋源天線的焦距口徑比要接近于I。
[0009]所述的伺服控制模塊主要用于通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)圓盤進(jìn)行周期性的均勻速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。進(jìn)而帶動(dòng)平凸透鏡天線進(jìn)行周期性勻速旋轉(zhuǎn)，所述的兩個(gè)厚度均勻的凸透鏡天線則靜止不動(dòng)。
[0010]所述的伺服模塊包括步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電源保護(hù)器、同步帶；步進(jìn)電機(jī)通過(guò)同步帶與驅(qū)動(dòng)圓盤連接，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的勾速順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)金屬支桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)厚度呈現(xiàn)均勻變化的平凸透鏡天線進(jìn)行周期性勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的步進(jìn)電機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器直接控制，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接電源保護(hù)器，電源保護(hù)器中裝有電源保護(hù)系統(tǒng)，從而保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作。
[0011]所述的饋源天線是由單一的喇叭饋源天線制成，將該饋源天線放置在厚度均勻變化的平凸透鏡天線的凸面焦距的焦平面上，組成完整的介質(zhì)透鏡接收天線。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0013]本發(fā)明的毫米波接收透鏡天線，只用單一的厚度均勻變化的透鏡天線以均勻速度繞透鏡的軸中心進(jìn)行周期性旋轉(zhuǎn)就可以進(jìn)行目標(biāo)物體的掃描成像，前置的兩個(gè)凸透鏡實(shí)現(xiàn)了將分散的波束進(jìn)行聚集實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)物體成像的完整性，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，圖像質(zhì)量好，成像時(shí)間短，在一定范圍內(nèi)物體的快速實(shí)時(shí)成像。增加了視場(chǎng)范圍和分辨率
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是接收天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖3是厚度均勻變化的平凸透鏡的剖視圖；
[0017]圖4是厚度均勻變化的透鏡天線與伺服模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖中:1、厚度均勻的凸透鏡天線，2、圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線，3、伺服模塊，4、饋源天線，5、金屬支桿，6、同步帶，7、驅(qū)動(dòng)圓盤。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0020]本發(fā)明要求的平凸透鏡天線的厚度沿圓周方向進(jìn)行的均勻變化，另外兩個(gè)凸透鏡天線要求厚度呈現(xiàn)均勻不變且凸透鏡的焦距要比平凸透鏡的焦距要小，通過(guò)厚度曲率的變化使透鏡的折射率從O度的2到180度的I再到360度的2進(jìn)行連續(xù)的均勻變化。根據(jù)理論可知，凸透鏡天線對(duì)于電磁波具有匯聚的作用，經(jīng)過(guò)透鏡能夠匯聚到一點(diǎn)。因此前置的兩個(gè)凸透鏡天線的作用是使分散的有效的電磁波經(jīng)過(guò)該透鏡變的密集以至于能夠?qū)⒛繕?biāo)物體反射的絕大部分的有效電磁波可以透過(guò)厚度呈現(xiàn)均勻變化的平凸透鏡天線。電磁波平行穿過(guò)凸透鏡匯聚在凸透鏡的焦點(diǎn)上再經(jīng)過(guò)一次凸透鏡天線使其能夠成平行波穿過(guò)后置的平凸透鏡，厚度均勻變化的平凸透鏡的凸面朝向前一個(gè)透鏡。本發(fā)明通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)圓盤連接的金屬支桿沿圓周進(jìn)行周期性勻速轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)厚度均勻變化的平凸透鏡周期性的勻速旋轉(zhuǎn)，對(duì)目標(biāo)物體不同的點(diǎn)的進(jìn)行掃描，從而實(shí)現(xiàn)物體的成像，降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，通過(guò)改進(jìn)伺服模塊中步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度可以控制成像的速度，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)的速度最好控制在3轉(zhuǎn)每秒。采用準(zhǔn)光學(xué)法即射線追蹤法估算出厚度均勻變化的平凸透鏡的最佳饋源位置即電磁波經(jīng)平凸透鏡所匯聚的焦點(diǎn)的位置即焦平面，然后將饋源天線的相位中心與該厚度均勻變化的平凸透鏡天線的焦點(diǎn)位置重合，組成焦平面陣列，從而提高了天線的孔徑效率，更好的進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。同樣采用射線追蹤法估算出兩個(gè)厚度均勻的凸透鏡的天線的焦點(diǎn)，將兩個(gè)凸透鏡依次放置在厚度均勻變化的透鏡的前方，兩個(gè)凸透鏡之間的距離要求兩凸透鏡焦距之和，中間的凸透鏡天線與平凸透鏡天線之間的距離大于等于I倍的平凸透鏡凸面的焦距，其中各個(gè)透鏡的焦距至少為15mm，從而實(shí)現(xiàn)頻率為200GHZ的毫米波范圍，有利于增加視場(chǎng)范圍，增加分辨率。為了更好的滿足要求，本發(fā)明將兩個(gè)凸透鏡的焦距定為38mm，厚度為20mm，將平凸透鏡的凸面的焦距定為47mm，厚度為30mm，口徑為45mm。兩個(gè)凸透鏡之間的距離為76mm，中間的凸透鏡與平凸透鏡的距離為85mm，平凸透鏡與后置的饋源之間的距離為47mm(正好在平凸透鏡凸面的焦點(diǎn)上)。
[0021]如圖1所示，毫米波成像的總體結(jié)構(gòu)，發(fā)射天線發(fā)射電磁波到物體，物體發(fā)射的一部分電磁波經(jīng)過(guò)接收天線傳送到后面的接收處理系統(tǒng)進(jìn)行物體圖像的接收處理等操作。
[0022]如圖2所示，接收天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。它包括一個(gè)厚度均勻變化的平凸透鏡天線I，兩個(gè)厚度均勻的凸透鏡天線2，一個(gè)伺服模塊3，一個(gè)饋源天線4。將兩個(gè)厚度均勻的凸透鏡I安裝在接收天線系統(tǒng)的前方，其中兩個(gè)凸透鏡之間的距離相隔2倍的焦距即76mm，將厚度均勻變化的平凸透鏡天線2放在厚度均勻變化的透鏡天線I的后面，凸面對(duì)著前一個(gè)透鏡，且三個(gè)透鏡放在同一軸平面上。將伺服控制模塊與厚度均勻變化的平凸透鏡的中心軸連接，使之可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)厚度均勻變化的平凸透鏡進(jìn)行順時(shí)針的勻速的繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。將饋源天線放在厚度均勻變化的透鏡的焦平面上，饋源天線后面接圖像后續(xù)處理系統(tǒng)。
[0023]如圖3所示，所述的厚度均勻的平凸透鏡天線剖視圖，為方便看圖，將透鏡用曲線劃分，厚度沿圓周方向呈現(xiàn)均勻的變化。
[0024]如圖4所示，所述的伺服模塊與厚度沿圓周均勻變化的平凸透鏡之間的連接，伺服模塊3中的直流電機(jī)通過(guò)帶動(dòng)皮帶輪進(jìn)而帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)圓盤上的金屬支桿進(jìn)行順時(shí)針的繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而使厚度均勻變化的平凸透鏡轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的掃描成像。
[0025]所述的伺服模塊的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，伺服控制模塊包括電源保護(hù)器，同步帶，步進(jìn)電機(jī)，電源保護(hù)器保護(hù)系統(tǒng)的安全。通過(guò)改動(dòng)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變透鏡天線的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于目標(biāo)物體掃描成像所用的時(shí)間。
[0026]以上是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以應(yīng)用本發(fā)明公開的方法以及發(fā)明中提到的一些替代方式制作出一種透鏡接收天線。本發(fā)明的厚度沿圓周方向呈現(xiàn)均勻透鏡通過(guò)伺服模塊順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的多點(diǎn)掃描，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的成像，降低制作成本。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種透鏡接收天線，其特征在于:該透鏡接收天線包括三個(gè)介質(zhì)透鏡天線、一個(gè)伺服控制模塊、一個(gè)饋源天線、一個(gè)金屬支桿;三個(gè)介質(zhì)透鏡天線包括兩個(gè)厚度均勻的凸透鏡天線和一個(gè)圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線； 將兩個(gè)厚度均勻的凸透鏡天線、一個(gè)圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線依次放置在同一軸平面上，將饋源天線放置在圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線之后;將金屬支桿的一端連接伺服控制模塊帶動(dòng)的驅(qū)動(dòng)圓盤中心軸，另一端連接圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線的中心軸;同時(shí)，饋源天線后端接入圖像接收處理模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透鏡接收天線，其特征在于:所述三個(gè)介質(zhì)透鏡天線其中兩個(gè)為厚度均勻且焦距相同的厚度均勻的凸透鏡天線，另一個(gè)為厚度不均勻的平凸透鏡天線;兩個(gè)凸透鏡天線的焦距要小于平凸透鏡天線焦距。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透鏡接收天線，其特征在于:所述厚度不均勻的平凸透鏡天線，其厚度沿圓周方向呈現(xiàn)均勻的厚度變化，使其沿著圓周方向順時(shí)針從O度到180度的折射率從2到I均勻的變化，從180度到360度的折射率從I到2均勻的變化。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透鏡接收天線，其特征在于:所述的兩個(gè)厚度均勻的凸透鏡天線依次放置且兩透鏡天線之間相隔的距離為兩凸透鏡焦距之和，同時(shí)厚度均勻變化的平凸透鏡天線的凸面對(duì)著前面的凸透鏡天線，且厚度均勻變化的平凸透鏡與厚度均勻的凸透鏡天線之間的距離相隔為大于等于平凸透鏡天線的凸面焦距;根據(jù)波長(zhǎng)公式計(jì)算出頻率為200GHZ的毫米波的波長(zhǎng)為1.5mm，所以要求各透鏡天線的半徑、焦距至少要求為15mm;所述饋源天線的焦距口徑比要接近于I。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透鏡接收天線，其特征在于:所述的伺服控制模塊主要用于通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)圓盤進(jìn)行周期性的均勻速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn);進(jìn)而帶動(dòng)平凸透鏡天線進(jìn)行周期性勻速旋轉(zhuǎn)，所述的兩個(gè)厚度均勻的凸透鏡天線則靜止不動(dòng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透鏡接收天線，其特征在于:所述的伺服模塊包括步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電源保護(hù)器、同步帶;步進(jìn)電機(jī)通過(guò)同步帶與驅(qū)動(dòng)圓盤連接，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的勻速順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)金屬支桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)厚度呈現(xiàn)均勻變化的平凸透鏡天線進(jìn)行周期性勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的步進(jìn)電機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器直接控制，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接電源保護(hù)器，電源保護(hù)器中裝有電源保護(hù)系統(tǒng)，從而保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透鏡接收天線，其特征在于:所述的饋源天線是由單一的喇叭饋源天線制成，將該饋源天線放置在厚度均勻變化的平凸透鏡天線的凸面焦距的焦平面上，組成完整的介質(zhì)透鏡接收天線。
【文檔編號(hào)】H01Q19/06GK105870640SQ201610218364
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月9日
【發(fā)明人】賽景波, 石珺
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)