應(yīng)該如何設(shè)計(jì)W波段雙極化透鏡天線

　　本文設(shè)計(jì)了一個(gè)工作于W波段的鐵氟龍透鏡陣列。天線的饋源為四個(gè)對角喇叭天線組成的天線陣，在此饋源上加載高度為5mm，半徑12mm的透鏡，使得天線的增益高于22dBi，副瓣（SLL）低于-18dBc，同時(shí)通過改變透鏡距饋源喇叭天線的距離，實(shí)現(xiàn)半功率波束寬度從8°~12°的變化，以滿足系統(tǒng)不同的需求。體現(xiàn)了透鏡設(shè)計(jì)的可實(shí)施性和正確性，為透鏡加載喇叭天線的設(shè)計(jì)提供了一種新穎的思路。

　　使用透鏡是一種常見的聚焦方法，包括介質(zhì)透鏡和金屬加速透鏡。國內(nèi)外均對此項(xiàng)技術(shù)有所研究。文獻(xiàn)［1］介紹了透鏡天線的分類、工作原理和工程應(yīng)用。文獻(xiàn)［2］主要應(yīng)用光學(xué)方法設(shè)計(jì)了一種基于圓錐喇叭的聚焦透鏡天線，聚焦性能好，但透鏡尺寸較小，加工成本高。文獻(xiàn)［3］提出了一種多扇區(qū)介質(zhì)透鏡天線，介質(zhì)采用扇形臺階的形式加載在喇叭天線口徑的前端，可以進(jìn)行相位補(bǔ)償，并使得天線的方向性變好。文獻(xiàn)［4］提出了一種多波束介質(zhì)透鏡天線的設(shè)計(jì)方法，易于加工，縱向尺寸短。文獻(xiàn) ［5］提出了一種W波段用于雷達(dá)測距的高增益透鏡天線，實(shí)現(xiàn)了高增益，低副瓣。本文設(shè)計(jì)了一種透鏡加載天線，有效降低了 3dB波瓣寬度，提高了增益，符合3mm系統(tǒng)對天線尺寸的要求。由于角錐喇叭饋源的多子陣分布，因此基于微透鏡陣列原理，設(shè)計(jì)了3mm波段雙極化透鏡天線，天線性能良好。

　　本文設(shè)計(jì)的透鏡天線工作的中心頻率為f0，焦距f約為8.5mm，由于透鏡反射的能量大小與介質(zhì)的介電常數(shù)大小成正比，同時(shí)介質(zhì)透鏡對電磁波的聚焦能力與介質(zhì)的介電常數(shù)成正比。故要合理選擇透鏡的介質(zhì)。這里選擇介電常數(shù)為2.08（折射率為 1.442）的聚四氟乙烯材料teflon_based（即鐵氟龍）。透鏡的幾何參數(shù)可由式（1）和（2）計(jì)算得出。由于本系統(tǒng)中的饋源天線是四個(gè)對角喇叭天線構(gòu)成的小型天線陣列，四個(gè)對角喇叭通過饋電相位的不同實(shí)現(xiàn)不同極化，其原理及饋電的初始相位如圖2所示，其中2端口與4端口始終同相，1端口與3端口始終同相，當(dāng)2、4端口饋電相位超前1、3端口90° 時(shí)，合成左旋圓極化波；當(dāng)1、3端口饋電相位超前2、4端口90°時(shí)，合成右旋圓極化波。圖2中電磁波垂直紙面向外傳播時(shí)，極化方式與饋電相位的關(guān)系如表1所示。