8mm点聚焦透镜天线设计
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8 mm点聚焦透镜天线的工程设计页数:3
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透镜天线页数:2
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椭球反射面聚焦天线的设计和仿真页数:3
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光学天线页数:10
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用于太赫兹成像的准光聚焦天线页数:3
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8mm点聚焦透镜天线设计
8mm点聚焦透镜天线设计作者：马立冬白佳俊付云起来源：《现代电子技术》2016年第11期摘要：根据对物体毫米波信号采集的需要，设计一种工作于8 mm频段的点聚焦透镜天线，选用宽波束微带天线做馈源，设计焦距大小不同的双面透镜，采用电磁仿真软件CST对聚焦透镜天线进行仿真实验，从仿真结果可以看出，不同焦距双面透镜实现了预期聚焦效果且空间分辨率大小能够满足对物体逐点扫描的需求。
关键词：点聚焦透镜；微带天线；焦距；空间分辨率中图分类号： TN820.1⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2016）11⁃0079⁃03Abstract： A point⁃focusing lens antenna working at 8 mm frequency band was designed according to the demand for millimeter⁃wave signal acquisition. The double⁃sided lens with different focal lengths was designed by selecting the wide beam microstrip antenna as the feed source. The electromagnetic simulation software CST is used to simulate the focusing lens antenna. The simulation results show that the double⁃sided lens with different focal lengths can realize the expected focusing effect and high spatial resolution， which can meet the demand forpoint⁃by⁃point scanning of the object.Keywords： point⁃focusing lens； microstrip antenna； focal length； spatial resolution0 引言近年来，公共场所恐怖袭击事件不断增加，对隐蔽条件下的危险物品的检测与报警已成为亟待解决的问题，当前不仅海关、铁路、机场等场所需要安检，在地铁、政府以及重要的建筑机关也需要严格的安检[1]，应用到公共场所的安检设备成为世界各国重点研究的热点问题。
毫米波多波束介质透镜天线的设计
图 1 是本文所设计的多波束介质透镜的剖面图， 将其绕 x 轴旋转 180 度即是所设计的透镜。它能把 从焦点 F1 和 F2 发出的球面波无畸变地转变为传播方 向与透镜轴成± α角的两个平面波。F 为透镜的焦距， T 为透镜的轴向厚度。由于透镜为轴对称结构，当馈 源位于 F1和 F2所在的焦平面上的半径为 a 的圆内时，
（3）
+ [C - (F + T)]cosα
式中 C 为不小于 F+T 的常数。给定参数 F、T、
D、α、n 和 C 的值即可得到 F2(0,-a)到该等相位面的 等光程常数 K。
最后，根据 Snell 定律和等光所示，假定透镜照明面上任一入射点为
Q(F,y0)，对应的出射点为 P（x,y）。令 Q 点的入射 角为γ1，折射角为β1，由 Snell 定律和等光程条件得
线形状即可。
图 1 中，假定馈源相位中心位于 F2(0,-a)，根据 Snell 定律和等光程条件，利用射线追踪法即可确定
透镜的曲面轮廓曲线。具体设计过程如下：
首先，追踪通过点 F2(0,-a)、Q0(F,-b)和 P0(F+T,0)
的射线,根据 Snell 定律，得到 a 和 b 与已知量的关系。
丁晓磊 徐 磊
(航天长征火箭技术有限公司 100076)
摘 要：本文提出了一种多波束介质透镜天线的设计方法，并给出了具体的设计过程和关键公式。该方法既 适用于大扫描角透镜,又适用于小扫描角、短焦距透镜天线的轮廓设计。通过一个毫米波多波束介质透镜的研 制过程证明,该方法不仅简单易行，而且设计的透镜天线纵向尺寸短、易于加工。对馈源形式分别为单波束角 锥喇叭和单脉冲多模喇叭的情况进行了透镜性能测试，实测结果满足设计要求。 关键词：多波束，透镜，扫描角
（3）
+ [C - (F + T)]cosα
式中 C 为不小于 F+T 的常数。给定参数 F、T、
D、α、n 和 C 的值即可得到 F2(0,-a)到该等相位面的 等光程常数 K。
最后，根据 Snell 定律和等光所示，假定透镜照明面上任一入射点为
Q(F,y0)，对应的出射点为 P（x,y）。令 Q 点的入射 角为γ1，折射角为β1，由 Snell 定律和等光程条件得
线形状即可。
图 1 中，假定馈源相位中心位于 F2(0,-a)，根据 Snell 定律和等光程条件，利用射线追踪法即可确定
透镜的曲面轮廓曲线。具体设计过程如下：
首先，追踪通过点 F2(0,-a)、Q0(F,-b)和 P0(F+T,0)
的射线,根据 Snell 定律，得到 a 和 b 与已知量的关系。
丁晓磊 徐 磊
(航天长征火箭技术有限公司 100076)
摘 要：本文提出了一种多波束介质透镜天线的设计方法，并给出了具体的设计过程和关键公式。该方法既 适用于大扫描角透镜,又适用于小扫描角、短焦距透镜天线的轮廓设计。通过一个毫米波多波束介质透镜的研 制过程证明,该方法不仅简单易行，而且设计的透镜天线纵向尺寸短、易于加工。对馈源形式分别为单波束角 锥喇叭和单脉冲多模喇叭的情况进行了透镜性能测试，实测结果满足设计要求。 关键词：多波束，透镜，扫描角
8 mm点聚焦透镜天线的工程设计
图1 设计的喇叭透镜天线
L1
=
nf n +1
+
( f )2 n +1
+
D2 /4 n2 −1
，得圆锥喇叭的总长度 L1 为136
mm±2
mm；
其张角为：40.5°±0.1°。为了减小聚焦天线的尺寸，透镜由两个不同的双曲面组成，其曲面分别由下面两曲
收稿日期：2004 − 04 − 27 作者简介：任冬梅(1978 − )，女，硕士，主要从事微波毫米波理论与技术方面的研究.
D1/mm F/dB
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
6.5
7
7.5 8
8.5 9
9.5 10
L1/mm
0 Z
−15
ϕϕϕ===49050°°°
−30
−45
F=35 000 MHz
−100 −50
0
θ/(°)
50 100
图2 喇叭相位中心与长度的关系
图3 点聚焦天线的仿真模型
图4 天线的方
Key words spot-focusing lens antenna; conic horn; phase center; space resolution
点聚焦透镜天线是最近应用较多的天线，特别是近年来有关焦面阵成像成为关注的焦点。焦面阵成像
可用于检测隐蔽武器和炸药以及飞机自动着落系统[1]。文献[2]在测量介电常数和损耗正切时用几何光学法
参考文献
[1] 张直中. 用微波雷达对多目标成像初探[J]. 现代雷达, 1992, 14(1): 1-17. [2] 杨 军, 王民胜, 保 铮. 一种ISAR多目标实时成像方法[J]. 电子学报, 1995, 23(4): 1-5. [3] 雷 杰, 邢孟道, 保 铮. 一种假目标干扰背景下的导弹目标成像方法[J]. 雷达科学与技术, 2004, 2(2): 102-107. [4] Chen V C., Shie Qian．Joint time-frequency transform for radar range-Doppler imaging[J]．IEEE Trans on Aerospace and
【CN109638473A】透镜天线及透镜天线制作方法【专利】
代理人 罗硕
(51)Int .Cl . H01Q 19/06(2006 .01) H01Q 15/08(2006 .01) H01Q 9/16(2006 .01) H01Q 1/38(2006 .01) H01Q 1/36(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109638473 A (43)申请公布日 2019.04.16
( 54 )发明 名称 透镜天线及透镜天线制作方法
( 57 )摘要 本申请提供一种透镜线包括：多个 不同半径的 介电 环组 ，每个介电 环组包括多个介 电环，每个介电环是由介电环对应的单元结构旋 转而成，其中 ，每个单元结构包括填充介质和空 气，且与透镜天线中心距离相同的介电环对应的 单元结构中填充介质的填充率相同。该透镜天线 制作过程简单、工艺难度和成本较低。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910034224 .7
(22)申请日 2019 .01 .14
(71)申请人 北京交通大学 地址 100000 北京市海淀区上园村3号
(72)发明人 李雨键 郭玉佼 王均宏
(74)专利代理机构 北京超凡志成知识产权代理 事务所(普通合伙) 11371
2 .根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，所述单元结构为方形平面单元或者方 形体单元。
3 .根据权利要求2所述的透镜天线，其特征在于，所述填充介质的形状包括：圆形、多边 形或环形。
4 .根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，所述透镜天线还包括：至少一个馈电 单元 ；所述馈电 单元设置于所述透镜天线边缘 ，且所述馈电 单元的 等效 相位中 心与所述透 镜天线的焦点重合。
5 .根据权利要求4所述的透镜天线，其特征在于，所述馈电单元为磁电互补结构。 6 .根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，多个不同半径的介电环组之间设置有 第一连接结构，每个所述介电环组中的多个介电环之间设置有第二连接结构。 7 .根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，每个介电环组内每个介电环具有相同 或者不同的单元结构。 8 .根据权利要求1-7任一项所述的透镜天线，其特征在于，所述透镜天线为球形透镜天 线或半球形透镜天线。 9 .一种透镜天线制作方法，其特征在于，所述方法用于制作如权利要求1-8任一项所述 的透镜天线，所述方法包括： 获取构建所述透镜天线的介电环组的结构参数，其中，所述结构参数包括形状和尺寸； 根据所述介电环组的形状和尺寸，确定构建介电环组的中心轴和沿所述中心轴分布的 单元结构 ，其中 ，与所述透镜天线中心距离相同的 介电 环对应的单元结构中填充介 质的填 充率相同 ； 将所述单元结构沿所述中心轴旋转，得到每个介电环； 根据每个介电环与所述中心轴的距离，得到不同半径的介电环组。 10 .根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述结构参数包括： 四分之一或二分之一球形截面和半径。
(51)Int .Cl . H01Q 19/06(2006 .01) H01Q 15/08(2006 .01) H01Q 9/16(2006 .01) H01Q 1/38(2006 .01) H01Q 1/36(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109638473 A (43)申请公布日 2019.04.16
( 54 )发明 名称 透镜天线及透镜天线制作方法
( 57 )摘要 本申请提供一种透镜线包括：多个 不同半径的 介电 环组 ，每个介电 环组包括多个介 电环，每个介电环是由介电环对应的单元结构旋 转而成，其中 ，每个单元结构包括填充介质和空 气，且与透镜天线中心距离相同的介电环对应的 单元结构中填充介质的填充率相同。该透镜天线 制作过程简单、工艺难度和成本较低。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910034224 .7
(22)申请日 2019 .01 .14
(71)申请人 北京交通大学 地址 100000 北京市海淀区上园村3号
(72)发明人 李雨键 郭玉佼 王均宏
(74)专利代理机构 北京超凡志成知识产权代理 事务所(普通合伙) 11371
2 .根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，所述单元结构为方形平面单元或者方 形体单元。
3 .根据权利要求2所述的透镜天线，其特征在于，所述填充介质的形状包括：圆形、多边 形或环形。
4 .根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，所述透镜天线还包括：至少一个馈电 单元 ；所述馈电 单元设置于所述透镜天线边缘 ，且所述馈电 单元的 等效 相位中 心与所述透 镜天线的焦点重合。
5 .根据权利要求4所述的透镜天线，其特征在于，所述馈电单元为磁电互补结构。 6 .根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，多个不同半径的介电环组之间设置有 第一连接结构，每个所述介电环组中的多个介电环之间设置有第二连接结构。 7 .根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，每个介电环组内每个介电环具有相同 或者不同的单元结构。 8 .根据权利要求1-7任一项所述的透镜天线，其特征在于，所述透镜天线为球形透镜天 线或半球形透镜天线。 9 .一种透镜天线制作方法，其特征在于，所述方法用于制作如权利要求1-8任一项所述 的透镜天线，所述方法包括： 获取构建所述透镜天线的介电环组的结构参数，其中，所述结构参数包括形状和尺寸； 根据所述介电环组的形状和尺寸，确定构建介电环组的中心轴和沿所述中心轴分布的 单元结构 ，其中 ，与所述透镜天线中心距离相同的 介电 环对应的单元结构中填充介 质的填 充率相同 ； 将所述单元结构沿所述中心轴旋转，得到每个介电环； 根据每个介电环与所述中心轴的距离，得到不同半径的介电环组。 10 .根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述结构参数包括： 四分之一或二分之一球形截面和半径。
8mm点聚焦透镜天线设计
Keywords：point⁃focusing lens；microstrip antenna；focal length；spatial resolution
0引言
近年来，公共场所恐怖袭击事件不断增加，对隐蔽条 件下的危险物品的检测与报警已成为亟待解决的问题， 当前不仅海关、铁路、机场等场所需要安检，在地铁、政府 以及重要的建筑机关也需要严格的安检[1]，应用到公共场 所的安检设备成为世界各国重点研究的热点问题。目前 主要应用的是 X 射线和毫米波技术，从成像质量和环保 等方面做对比，毫米波技术较容易被公众接受。
关键词：点聚焦透镜；微带天线；焦距；空间分辨率
中图分类号：TN820.1⁃34
文献标识码：A
文章编号：1004⁃373X（2016）11⁃0079⁃03
Design of 8 mm point⁃focusing lens antenna
MA Lidong，BAI Jiajun，FU Yunqi
（College of Electronic Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China）
1 基本原理
点聚焦透镜天线不要求球面波经透镜折射后转化 为平面波，而是要求经透镜后在聚焦面上聚焦。微带天 线相位中心的位置即为透镜一侧的焦点位置。本文要 求透镜能够聚焦且两焦距不同，因此采用由两个单面透 镜合成的双面透镜，材料选用低损耗 εr = 2.1 的聚四氟 乙烯。若透镜中的介质均匀，这种透镜称为常数折射率 透 镜 ，依 据 几 何 光 学 原 理 ，在 这 种 透 镜 中 的 射 线 是 直 线。毫米波从透镜平面至焦点的所有射径的电长度都 相同，这是透镜的电长度等同原理。 1.1 透镜的设计
0引言
近年来，公共场所恐怖袭击事件不断增加，对隐蔽条 件下的危险物品的检测与报警已成为亟待解决的问题， 当前不仅海关、铁路、机场等场所需要安检，在地铁、政府 以及重要的建筑机关也需要严格的安检[1]，应用到公共场 所的安检设备成为世界各国重点研究的热点问题。目前 主要应用的是 X 射线和毫米波技术，从成像质量和环保 等方面做对比，毫米波技术较容易被公众接受。
关键词：点聚焦透镜；微带天线；焦距；空间分辨率
中图分类号：TN820.1⁃34
文献标识码：A
文章编号：1004⁃373X（2016）11⁃0079⁃03
Design of 8 mm point⁃focusing lens antenna
MA Lidong，BAI Jiajun，FU Yunqi
（College of Electronic Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China）
1 基本原理
点聚焦透镜天线不要求球面波经透镜折射后转化 为平面波，而是要求经透镜后在聚焦面上聚焦。微带天 线相位中心的位置即为透镜一侧的焦点位置。本文要 求透镜能够聚焦且两焦距不同，因此采用由两个单面透 镜合成的双面透镜，材料选用低损耗 εr = 2.1 的聚四氟 乙烯。若透镜中的介质均匀，这种透镜称为常数折射率 透 镜 ，依 据 几 何 光 学 原 理 ，在 这 种 透 镜 中 的 射 线 是 直 线。毫米波从透镜平面至焦点的所有射径的电长度都 相同，这是透镜的电长度等同原理。 1.1 透镜的设计
8毫米波均匀介质球透镜多波束天线的研究
8毫米波均匀介质球透镜多波束天线的研究向博;孟洪福;窦文斌;何敏敏;陈森【摘要】介绍了均匀介质球透镜天线基本特点;仿真分析了单馈源时均匀介质球透镜天线的辐射性能;在单馈源的基础上,仿真分析了8馈源时的辐射性能。
根据仿真结果加工了均匀介质球透镜,同时设计制作了包括16个圆波导的馈电网络以及馈电网络的数字控制器。
在馈电网络中16个圆波导沿介质球周围成弧形排成上下2层,每层8个。
通过同一层上的馈电单元之间的切换实现水平扫描,而通过切换不同层上的馈电单元实现垂直扫描。
实测结果表明均匀介质球扫描天线性能良好。
%The basic feature of the homogeneous spherical lens is introduced.The homogeneous dielectric spherical lens with single-feed is analyzed and simulated and its performance is good.Based on the lens with single-feed,the homogeneous dielectric spherical lens with eight-feed is simulated.According to the simulation results,the homogeneous dielectric spherical lens is fabricated.The feeding network including 16 circular waveguides and its controller are also designed.The 16 circular waveguides form an array of 2×8 around the lens,and the beam scanning in azimuth and elevation can be achieved by switching the feeding circular waveguide in the same layer and different layers respectively.The measurement results show that the performances of the antenna are good and well agree with the simulation.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2012(027)002【总页数】7页(P315-320,421)【关键词】8毫米波;均匀介质球透镜;多波束;扫描天线【作者】向博;孟洪福;窦文斌;何敏敏;陈森【作者单位】东南大学毫米波国家重点实验室,江苏南京210096;东南大学毫米波国家重点实验室,江苏南京210096;东南大学毫米波国家重点实验室,江苏南京210096;东南大学毫米波国家重点实验室,江苏南京210096;东南大学毫米波国家重点实验室,江苏南京210096【正文语种】中文【中图分类】TN827.3引言在通信卫星中采用多波束天线技术，单一口径就能实现天地之间的多点通信，以较高的增益覆盖较大的地面区域，并且能够根据需要调整波束形状，从而大大地提高了卫星通信的容量和效率。
一种8 mm频段封闭腔全息准光功率合成网络的设计
一种8 mm频段封闭腔全息准光功率合成网络的设计李光【摘要】基于周期相位栅格的塔尔博特效应,提出了一种新型的毫米波频段18合1封闭腔全息准光高效功率合成网络。
采用了相邻半周期相差仔的特殊周期相位栅格,置于垂直于栅格的零场区域的金属壁封闭了合成网络,解决了辐射损耗和电磁泄漏问题。
基于光学标量衍射理论算法仿真的衍射图样与目标场对比得到的适应度函数,以基因算法优化得到相位栅格,并以变宽波导阵透镜物理实现。
在37.5 GHz,功率合成网络实物测试的效率为81%,与电磁仿真的89%基本相符。
准光功率合成网络可由一维扩展至二维,合成效率与阵元数、阵元间距无关,可实现毫米波及THz频段的大规模数量器件高效功率合成。
%Based on Talbot Effect of periodical phase grating,a new design of quasi-optical( QO) 18 to 1 closed holographic power combiner with high efficiency at millimeter wave band is presented in this paper. A novel periodic phase profile in which the phase difference of adjacent half period is π is adopted. Moreo-ver,in the linear zero region perpendicular to the grating,an enclosed metallic wall is designed to screen the power combiner. By this way,radiation loss is decreased and electromagnetic compatibility is improved dramatically. The phase grating is optimized by Generic Algorithm based on fitness function related with the deviation between target field pattern and simulated field using scalar diffraction theory. The construction of the phase grating is realized with lens of a variable-width waveguides array. The efficiency of combiner is demonstrated to be 81% at 37 . 5 GHz which is well agreed with the simulated result of 89%. Since QO power combiner can beextended from one-dimension to two-dimension and its efficiency is essentially in-dependent of the number of combining elements and the inter-element spacing,this technology can be ap-plied in power combining of large number of devices at millimeter-wave band and the THz band.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2016(056)006【总页数】6页(P702-707)【关键词】毫米波;全息准光功率合成;塔尔博特效应;相位栅格;基因算法【作者】李光【作者单位】中国西南电子技术研究所，成都610036【正文语种】中文【中图分类】TN73毫米波频段具有频段宽、波长短、抗干扰能力强、方向性好和保密性能好等特点[1]，在卫星通信、车船防撞、测距雷达、射电天文等领域有着举足轻重的地位[2]。
透镜天线原理
透镜天线原理引言：透镜天线是一种新型的天线技术，它利用透镜的特性来实现对电磁波的聚焦和指向性辐射。
与传统的天线相比，透镜天线具有更高的增益和更小的尺寸，因此在通信和雷达系统中具有广泛的应用前景。
本文将介绍透镜天线的原理、结构和工作方式，以及它的优点和应用领域。
一、透镜天线的原理透镜天线的原理基于折射定律和菲涅尔透镜理论。
当电磁波通过透镜时，由于透镜的几何形状和电介质常数的不同，电磁波的传播速度会发生变化，从而产生折射现象。
通过合理设计透镜的形状和材料，可以实现对电磁波的聚焦和指向性辐射。
二、透镜天线的结构透镜天线通常由一个或多个透镜组成。
透镜可以是平面的，也可以是球面的，甚至是更复杂的形状。
透镜的材料通常是介电常数较高的材料，如聚合物、陶瓷或玻璃。
透镜天线的结构可以分为两大类：平面透镜天线和曲面透镜天线。
平面透镜天线由一系列平行的透镜单元组成，而曲面透镜天线由一个或多个球面透镜构成。
三、透镜天线的工作方式透镜天线的工作方式可以分为两个步骤：聚焦和辐射。
在聚焦阶段，透镜将电磁波从空间中聚焦到一个点或一条线上。
透镜的形状和材料的选择会影响到聚焦效果。
在辐射阶段，透镜将聚焦后的电磁波辐射出去，形成一个指向性的波束。
通过调整透镜的参数和结构，可以实现对波束的控制，如波束的方向、宽度和增益等。
四、透镜天线的优点与传统的天线相比，透镜天线具有以下优点：1. 高增益：透镜天线的设计可以实现更高的增益，从而提高通信和雷达系统的性能。
2. 尺寸小：透镜天线可以通过合理设计透镜的形状和材料，实现更小尺寸的天线，适用于空间受限的应用场景。
3. 方向性好：透镜天线可以实现对波束的精确控制，具有较好的指向性，从而提高信号的传输和接收效果。
五、透镜天线的应用领域透镜天线在通信和雷达系统中具有广泛的应用前景，包括以下几个方面：1. 5G通信：透镜天线可以提高5G通信系统的信号覆盖范围和传输速率，满足大容量和高速率的通信需求。
八木天线的原理和制作tm
八木天线的原理和制作t m公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]八木天线的原理和制作八木天线（YaGi Antenna）也叫引向天线或波导天线，因为八木秀次（YaGi）教授首先用详细的理论去解释了这种天线的工作原理，所以叫做八木天线，它是由HF，到VHF，UHF波段中最常用的方向性天线。
八木天线是由一个有源激励振子（Driver Element）和若干无源振子组成，所有振子都平行装制在同一平面上，其中心通常用一铅通（也可用非金属──木方）固定。
有源振子就是一个基本半波偶极天线（Dipole），商品八木天线──尤其是用在电视接收时，则多用折合式半段偶极天线做有源振子，好处是阻抗较高，匹配容易频率亦较宽阔，适合电视讯号的8MHz通频带。
但折合式振子在业余条件下，制作较难，而宽带带亦会引入较大噪音，因此常见的八木天线多用基本半波偶极型式的有源振子。
至于无源振子根据它的功能可以分为反射器（Reflecto r）和导向器（Director）两种。
通常反射器的长度比有源振子长4～5%，而导向器可以有多个，第1～4个导向器的长度通常比有源振子顺序递减2～5%。
由反射器至最前的一个导向器的距离叫做这个八木天线长度。
通常收发机的天线输出端，都只是接到八木天线的有源振子。
反射器和导向器通常与收发机没有任何电气连接，但在有源振子作用下，两者都会产生感应电压表，电流，其幅度各相位则与无源振子间的距离有关，亦和无源振子的长度有关。
因为当振子间的距离不同时，电源走过的途径距离也不同，就会形成不同的相位差。
当无源振子的长度不同时，呈现的阻抗也不同。
适当地安排反射器的长度，和它与有源振子的距离，便可使反射器和有源振子产生的电磁场在反射器后方相互抵消，而在有源振子前方上相加。
同样，适当地安排导向器的长度和它到有源振子的距离，可以使导向器和有源振子在主方向上产生的电磁场相加。
这样由有源振子幅射的电波，在加入反射器和导向器后，将沿着导各器的方向形成较强的电磁场，亦即单方向的幅射了。
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8mm点聚焦透镜天线设计
摘要：根据对物体毫米波信号采集的需要，设计一种工作于8 mm频段的点聚焦透镜天线，选用宽波束微带天线做馈源，设计焦距大小不同的双面透镜，采用电磁仿真软件CST 对聚焦透镜天线进行仿真实验，从仿真结果可以看出，不同焦距双面透镜实现了预期聚焦效果且空间分辨率大小能够
满足对物体逐点扫描的需求。
关键词：点聚焦透镜；微带天线；焦距；空间分辨率
中图分类号：TN820.1?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2016）11?0079?03
Abstract：A point?focusing lens antenna working at 8 mm frequency band was designed according to the demand for millimeter?wave signal acquisition. The double?sided lens with different focal lengths was designed by selecting the wide beam microstrip antenna as the feed source. The electromagnetic simulation software CST is used to simulate the focusing lens antenna. The simulation results show that the double?sided lens with different focal lengths can realize the expected focusing effect and high spatial resolution，which can meet the demand for point?by?point scanning of the object.
Keywords：point?focusing lens；microstrip antenna；focal length；spatial resolution
0 引言
近年来，公共场所恐怖袭击事件不断增加，对隐蔽条件下的危险物品的检测与报警已成为亟待解决的问题，当前不仅海关、铁路、机场等场所需要安检，在地铁、政府以及重要的建筑机关也需要严格的安检[1]，应用到公共场所的安检设备成为世界各国重点研究的热点问题。
目前主要应用的是X射线和毫米波技术，从成像质量和环保等方面做对比，毫
米波技术较容易被公众接受。
对毫米波的采集可以通过点聚焦透镜将物体辐射的电
磁波集中到一个小的区域内[2]，形成焦斑。
透镜天线早在20世纪30年代就已经出现，近年来随着毫米波、太赫兹等方
面对透镜的广泛应用，其聚焦功能实现效果也越来越好。
当前透镜天线的种类很多，例如文献[3]中利用圆锥喇叭天线作为馈源[4]，透镜两侧的焦距相同，由喇叭天线和透镜组成了点聚焦透镜天线，这种透镜通过实验仿真能够达到聚焦效果，但对一侧远焦点另一侧近焦点的实际需要和天线的相位中
心与较近焦点重合要求天线波束较宽的情况不太适应[3]。
本文根据自身需要设计的点聚焦透镜天线由微带天线
和双面透镜两部分组成[5]，利用了微带天线波束较宽和双面透镜焦距不同的特点，能够较好地实现透镜分别与天线距离
较近、与焦点较远的设计效果，同时采用电磁仿真软件CST 对点聚焦透镜天线进行建模仿真，验证其点聚焦情况，整体达到了预期的效果。
1 基本原理
点聚焦透镜天线不要求球面波经透镜折射后转化为平
面波，而是要求经透镜后在聚焦面上聚焦。
微带天线相位中心的位置即为透镜一侧的焦点位置。
本文要求透镜能够聚焦且两焦距不同，因此采用由两个单面透镜合成的双面透镜，材料选用低损耗的聚四氟乙烯。
若透镜中的介质均匀，这种透镜称为常数折射率透镜，依据几何光学原理，在这种透镜中的射线是直线。
毫米波从透镜平面至焦点的所有射径的电长度都相同，这是透镜的电长度等同原理。
1.1 透镜的设计
点聚焦单透镜天线几何形状图，如图1所示。
为透镜曲面，是焦点到上的任意一点的距离即是透镜的焦距，是焦点到透镜轮廓线上任一点的距离即坐标原点在微带天线处，是透镜一侧的厚度，为透镜口径直径，透镜周围的媒质是空气，透镜介质折射率为
1.2 透镜的分辨率
根据分辨率的Rayleigh判据，衍射斑的峰值与最小点间的距离为焦斑的半径。
由峰值的3 dB点形成的圆斑直径即为点聚焦透镜天线的分辨率。
利用如图1所示坐标推导出点聚
焦天线在焦点处（E点）垂直于轴平面上聚焦电场的-3 dB宽度即为聚焦透镜的分辨率[6]。
参照图1，设计透镜时通过调节其结构和参数，根据文献[5]得出焦斑宽度的简便近似公式，其中-3 dB点对应的宽度[7]为：
2 结构的设计与仿真
2.1 点聚焦透镜的设计
本系统设计的点聚焦透镜天线针对500 mm处的物体进行扫描，系统工作在35 GHz，根据分辨率小于30 mm的要求，结合转台承重10 kg以及透镜材料选用的聚四氟乙烯密度，透镜直径取300 mm。
根据实物制作的大小和长短等实际因素，微带天线距透镜距离取150 mm。
用式（1），式（2）设计，可以设计出单面透镜A和B。
透镜A基本参数：300 mm，mm，得出厚度为45 mm；透镜B基本参数：300 mm，500 mm，得出厚度为89 mm。
将AB透镜合并就可以得到需要的双面透镜。
微带馈源设计的基本参数：天线宽度为2.8 mm，天线长度为3.4 mm，天线厚度为181.7 μm，馈源的宽度为42.8 μm。
天线馈源的设计中，其相位中心到透镜定点的距离为透镜的焦距。
2.2 CST仿真及分析
本文采用电磁仿真软件CST进行矩形贴片微带天线和透镜天线的性能仿真[8]，给出矩形贴片微带天线加载透镜前后
性能指标的变化。
2.2.1 微带天线的仿真
2.2.2 加载透镜后的仿真结果
把透镜安装在透镜面（焦距为150 mm的透镜面）距离微带天线相位中心150 mm的位置[9]，图3（a），图3（b）是矩形微带天线加载双面透镜（GHz，）后轴（见图1）上的电场空间分布，经计算，透镜的聚焦面应在804.5 mm处。
透镜仿真后的聚焦面位置约在801.5 mm的位置上，比结果
提前了3 mm左右。
从图中能够看出，当时，mm点的电场
最强，增益为56.4 dB。
图4（a）是二维分布，图4（b）是mm面上的场分布。
从图中能够看出聚焦透镜在该点的聚焦效果，同时也能够由该聚焦点的-3 dB宽度得出其分辨率为22 mm，由式（5）计算点聚焦透镜理论上的分辨率为25 mm左右[10]。
通过上述的实验仿真分析，点聚焦透镜的设计理论结果和实验仿真的结果基本上一致，达到了技术指标，可以得出点聚焦透镜天线的设计是正确的。
3 结语
本文采用双曲面透镜天线与矩形微带天线共同组成了
点聚焦透镜天线，用电磁仿真软件CST进行了实验仿真并取得了良好的聚焦效果。
该透镜频率为35 GHz，直径为300 mm，总厚度为134 mm，距离微带天线的相位中心150 mm，在
801.5 mm的焦平面聚焦，焦斑为22 mm，与预期效果基本一致，达到了聚焦透镜天线的设计目的。
参考文献
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[2] 任冬梅，刘述章，王国庆，等.8 mm点聚焦透镜天线的工程设计[J].电子科技大学学报，2006，35（3）：328?330.
[3] 唐剑明，赵青，郑灵，等.3 mm圆锥喇叭聚焦天线的理论与仿真[J].强激光与粒子束，2012，24（2）：436?440.
[4] 殷力凡.毫米波介质透镜天线的研究[D].南京：南京理工大学，2005.
[5] 孙兵，江国泰，陈志宏，等.聚束透镜在微波热疗中的应用[J].中国科学：技术科学，2011，41（1）：32?37.
[6] 马平，何昌伟，刘述章.点聚焦透镜天线分辨率的分析与测量[J].微波学报，2004，20（3）：74?76.
[7] 吕善伟，张岩，余慧龙，等.聚焦透镜天线焦斑宽度估算[J].北京航空航天大学学报，2008，34（5）：560?563.
[8] 朱佩涛，刘述章，任冬梅.8 mm点聚焦透镜天线设计和分辨率分析[C]//2005年海峡两岸三地无线科技学术会论
文集.北京：北京理工大学出版社，2005：123?127.
[9] 周凯宁.透镜可以提高毫米波天线的性能[J].无线电
工程，1987（4）：84?86.
[10] 张云鹏，张毅，李恩，等.点聚焦透镜天线焦斑附近波长延长[J].太赫兹科学与电子信息学报，2014，12（6）：846?851.。