透镜天线

由透镜和电磁辐射器构成的设备

透镜天线，一种能够通过电磁波，将点源或线源的球面波或柱面波转换为平面波从而获得笔形、扇形或其他形状波束的天线。通过合适设计透镜表面形状和折射率 n，调节电磁波的相速以获得辐射口径上的平面波前。

产品简介

透镜天线吸收了许多光信息工程技术，从而在通信和军事领域得到更加广泛的应用，也引起了更多业内人士的关注。按照几何光学理论，处于透镜焦点处的点光源辐射出的球面波经过透镜折射会聚，最终形成了平面波。这就是透镜天线设计的总的思想的。透镜天线是由透镜和电磁辐射器构成。电磁波具有波粒二象性，在其传输的过程中，经过不平行的不同介质时，会发生折射现象。在辐射器前安装透镜，可使辐射能量集中，波束压窄。

产品分类

透镜天线有介质减速透镜天线和金属加速透镜天线两种。

介质减速透镜天线

介质减速透镜天线是用低损耗高频介质制成，中间厚，四周薄。从辐射源发出的球面波经过介质透镜时受到减速。所以球面波在透镜中间部分受到减速的路径长，在四周部分受到减速的路径短。因此，球面波经过透镜后就变成平面波，也就是说，辐射变成定向的。

其特点是内里厚，边缘薄。从电磁辐射源释放的的电磁波透过透镜时受到压制。这种压制在透镜中心作用比较明显，压制的路径就长；而在透镜的边缘压制作用就弱，压制路径就短。这种压制产生的结果就是将球面波经过透镜作用后形成了平面波，电磁辐射的方向性增强。

金属加速透镜天线

金属加速透镜天线由许多块长度不同的金属板平行放置而成。金属板垂直于地面，愈靠近中间的金属板愈短。电波在平行金属板中传播时受到加速。从辐射源发出的球面波经过金属透镜时，愈靠近透镜边缘，受到加速的路径愈长，而在中间则受到加速的路径就短。因此，经过金属透镜后的球面波就变成平面波。

产品特点

透镜天线与普通天线相比，透镜天线有着独特的特点：一是透镜天线的旁瓣和后瓣小，其方向图比较好；二是透镜天线对制造透镜的精度要求不高，因而制造比较简单方便。但透镜天线也有自身的不足：一是生产效率低；二是不易构造，比较复杂，三是成本也比较高昂。

产品定义

将透镜装在振子或喇叭辐射器前，利用其特性，使辐射线能量集中成窄的射束的微波天线。

产品优点

透镜天线具有下列优点：

1、旁瓣和后瓣小，因而方向图较好；

2、制造透镜的精度不高，因而制造比较方便。其缺点是效率低，结构复杂，价格昂贵。

3、透镜天线用于微波中继通信中。

基本原理

在各种形状的电磁辐射器前加装介质透镜，可将电磁辐射能会聚成窄波束。透镜就是能将电磁波通过时折射率不等于1的“镜片”电磁辐射源释放的电磁球面波路经过“镜片”作用后可以转变成平面波，以得到锥形或圆柱形波束。透镜的折射系数也往往是变化的，可以是位置的函数。透镜的结构影响着其口面场分布。

在制作透镜前，可根据使用需求提前确定透镜的折射系数和形状，当选取折射系数大于1的材料介质制成，那么这个透镜就是会聚的，通常称为减速透镜；透镜材料的折射系数小于1时，透镜的作用是发散的、加速的，通常称为加速透镜。

当透镜正反两面都是折射面时,则称为双面透镜,当只有照射面是折射面时，则称为单面透镜。

根据光学理论引入的“镜片”其基本原理概念就比较清楚，设计思路也就越发清晰。早期，一些革新的天线（如单脉冲雷达天线）经常用“镜片”作为阐述工作原理的模型，但“镜片”的不足是笨重，材料渐变废旧和界面反射常常带来损耗变大等。所以，这种实用的透镜天线就不多了，比龙伯球透镜

在振子或喇叭形辐射器前装有透镜，从而使辐射能量集中成窄的射束的微波天线（见图）。透镜是一种能通过电磁波而其折射系数不等于 1的三维结构。点源或线源发出的球面波或柱面波经过透镜可以变换成平面波，从而得到笔形或扇形波束。透镜的折射系数可能是位置的函数，透镜的形状决定其口面场分布。

透镜可以用折射系数n大于1的自然介质制成，也可以是由金属栅网或金属片等组成的人工介质结构（n>1或n<1）。n=c/vφ(式中c为光速;vφ为介质中的相速)，n大于1的透镜称为减速透镜，n小于1的透镜称为加速透镜。当透镜正反两面都是折射面时,则称为双面透镜,当只有照射面是折射面时，则称为单面透镜。

由光学引入的透镜，因其原理概念清楚，一些新型天线（如单脉冲雷达天线）在发展的初期常用透镜作为阐述工作原理的模型，但透镜的固有缺点是笨重、介质老化和界面反射会引入损耗等,因而,实用的透镜天线很少。例如龙伯球透镜的折射系数按

变化，式中a为球的半径；r为球内任一点离球心的距离。当平面波入射透镜上时，经透镜而被聚焦到与此平面波前垂直的直径的另一端。因此，在这一点放置一馈源就能在球天线口面上形成平面波。只要在球面上移动馈源就能使波束作360°扫描。龙伯透镜由于制造困难,除加一反射帽用作目标外，实用甚少。

能把输入场分布变为所需场分布的结构，也被称作透镜。例如输入面与输出面分别由数目相等的辐射单元组成的阵列，对应单元用传输线连接。各传输线的长度按输出口面场分布要求来确定。也可在各传输线中接入移相器，从而得到相控扫描。再如把 E面扇形喇叭中部的 H面尺寸做成有些上凸使得扇形中间这部分波的相速变慢，从而在口面同相。这种空气透镜在第二次世界大战时曾用于机械电扫描的福斯特扫描器上。

透镜天线的方向图和阻抗等频带特性，除与馈源特性、透镜形状等有关外,还与透镜折射系数n的频率响应有关。在减速透镜中,波长λ的变化对折射系数n影响很小，但在加速透镜（金属板透镜）中,n与λ 的关系密切(

),因而频带较窄,只有百分之几。由TEM传输线组成的透镜中,n与频率无关，频带由其他因素决定。

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