臧雅丹，朱永忠，宋曉鷗，陳軍峰

(武警工程大學(xué) a.信息工程學(xué)院;b.裝備管理與保障學(xué)院，西安 710086)

0 引 言

龍伯透鏡是基于幾何光學(xué)理論提出的一種折射率漸變的特殊透鏡[1]，最初為球形結(jié)構(gòu)。隨著電磁理論的發(fā)展，變換光學(xué)理論應(yīng)運(yùn)而生，目前有坐標(biāo)變換理論[2]、保角變換理論[3]和準(zhǔn)保角變換理論[4]。球形透鏡在此基礎(chǔ)上演變?yōu)樽冃瓮哥R，分別是橢圓透鏡天線、半球透鏡天線和平面透鏡天線。

由于自然界中不存在折射率漸變的天然材料，制備梯度折射率分布的龍伯透鏡天線成為主流。通過分層或打孔可以實(shí)現(xiàn)梯度折射率分布：現(xiàn)有的分層方法有折射率增量恒定法、介電常數(shù)增量恒定法、折射率比或介電常數(shù)比恒定法、等厚度分層法以及最大最小優(yōu)化分層法[5-7]；現(xiàn)有的打孔方法有垂直入射波開孔法和平行入射波開孔法[8-10]。

龍伯透鏡天線的制備技術(shù)不斷發(fā)展，目前主要有主要有發(fā)泡技術(shù)、超材料技術(shù)、3D打印技術(shù)。饋源的性能對(duì)透鏡天線的性能起決定性作用。龍伯透鏡的饋源隨著需求的增多也有了很大發(fā)展，由傳統(tǒng)的單個(gè)喇叭天線和微帶天線向帶有極化特性和寬帶特性的介質(zhì)桿天線、相控陣天線、圓弧陣列天線拓展，有利于透鏡天線實(shí)現(xiàn)更高增益、更低的副瓣電平、更廣的波束掃描范圍和更好的波束切換控制能力。

如今，龍伯透鏡天線的應(yīng)用多集中在軍用戰(zhàn)機(jī)、軍用艦艇、遙感遙測、衛(wèi)星通信、電子對(duì)抗和雷達(dá)反射器，隨著5G技術(shù)與毫米波的發(fā)展，龍伯天線也在無線通信基站中得到了廣泛應(yīng)用。

本文介紹了龍伯透鏡天線的原理和研究進(jìn)展，給出了發(fā)展建議，可供相關(guān)人員參考。

1 龍伯透鏡天線理論基礎(chǔ)

龍伯透鏡天線相關(guān)理論起源較早，經(jīng)過近80年的發(fā)展衍化出包括幾何光學(xué)理論、變換光學(xué)理論、分層理論、開孔理論在內(nèi)的復(fù)雜理論體系，這些理論均為龍伯透鏡天線的設(shè)計(jì)與制備提供了依據(jù)。

1.1 幾何光學(xué)理論與變換光學(xué)理論

1.1.1 幾何光學(xué)理論

幾何光學(xué)理論可以看作麥克斯韋方程的零波長近似，基本原理包括費(fèi)馬原理、等光程定律、斯涅爾定律。1944年，物理學(xué)家Luneburg在其著作《光的數(shù)學(xué)理論》中提出了一種折射率漸變的球形透鏡，被命名為龍伯透鏡[1]。理想龍伯透鏡具有幾何軸對(duì)稱特性和良好的波束聚焦性能，可以將任意方向的入射波匯聚在球面上，也可以將從球面或近球面某點(diǎn)輻射出的球面波轉(zhuǎn)化為平面波，出射波束一致性好，光程圖如圖1所示。

圖1 理想龍伯透鏡光程圖

該透鏡因其特殊的光學(xué)性能被引入電磁領(lǐng)域，用于電磁波的發(fā)送或接收。理想龍伯透鏡的折射率n滿足

(1)

式中：R是球形透鏡的最大半徑，r是透鏡內(nèi)一點(diǎn)到球心的距離，n是透鏡在該點(diǎn)的折射率，εr是透鏡在該點(diǎn)處的相對(duì)介電常數(shù)。

1.1.2 變換光學(xué)理論

變換光學(xué)理論是通過計(jì)算和控制物理空間中的介電常數(shù)與磁導(dǎo)率分布，從而人為操縱電磁波的傳輸路徑的理論。根據(jù)變換光學(xué)理論可以改變龍伯透鏡天線形狀和介電常數(shù)分布而不影響天線的性能，目前主流的方法有坐標(biāo)變換法、保角變換法和準(zhǔn)保角變換法[11]。

坐標(biāo)變換法產(chǎn)生于英國教授Pendry在2006年提出的一種變換光學(xué)理論[2]。根據(jù)麥克斯韋方程的形式不變性，可以將三維笛卡爾坐標(biāo)下的電磁場變換至任意形狀，并根據(jù)變換前的電場矢量E、磁場矢量H和波印廷矢量B計(jì)算出變換后的介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ。通過在非均勻電磁材料中引入呈梯度分布的折射率達(dá)到控制光線的方法，可以用來設(shè)計(jì)透鏡和其他光學(xué)元件，如電磁斗篷、隱身材料和變形透鏡等。

保角變換法產(chǎn)生于英國教授Leonhardt在2006年提出的一種變換光學(xué)理論[3]。保角變換的概念來自復(fù)變函數(shù)論。對(duì)于一個(gè)復(fù)變函數(shù)，

w=g(z)=g(x+iy)=u(x,y)+iv(x,y) 。

(2)

它可以看作復(fù)平面z到另一個(gè)復(fù)平面w的映射，當(dāng)此映射滿足柯西-黎曼方程時(shí)即為保角映射。保角映射具有兩條曲線變換前后夾角不變的性質(zhì)，Leonhardt將其用于變換光學(xué)之中，提出了一種引導(dǎo)光傳播的方法。使用保角變換法設(shè)計(jì)得到的電磁參數(shù)是各向同性的，使透鏡制備變得更加容易。

雖然坐標(biāo)變換法和保角變換法使龍伯透鏡形態(tài)多樣化，進(jìn)一步推廣了其在實(shí)際中的應(yīng)用，但仍存在電磁參數(shù)要求高和保角變換實(shí)現(xiàn)困難的問題。2008年，Li和Pendry在兩者的基礎(chǔ)上提出了準(zhǔn)保角變換法，兼具前者設(shè)計(jì)靈活簡單和后者電磁參數(shù)各向同性的優(yōu)點(diǎn)[4]，是目前應(yīng)用最廣泛的透鏡天線設(shè)計(jì)方法。此方法首先根據(jù)麥克斯韋方程計(jì)算得出坐標(biāo)變換后的介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ，然后代入柯西-黎曼方程和拉普拉斯方程得出具有各向同性的電磁參數(shù)。

1.2 分層理論與開孔理論

由于自然界中不存在介電常數(shù)連續(xù)變化的電磁材料，所以在設(shè)計(jì)和制備龍伯透鏡過程中常利用梯度介電常數(shù)分布等效連續(xù)介電常數(shù)分布，以達(dá)到相同的改變電磁波傳播路徑的效果。實(shí)現(xiàn)介電常數(shù)梯度分布理論包括分層理論和開孔理論。

1.2.1 分層理論

分層理論出現(xiàn)較早且理論簡單，應(yīng)用更為廣泛。文獻(xiàn)[12]從分析徑向分層介質(zhì)中的電磁場出發(fā)，利用電磁場全波分析理論和球面矢量波函數(shù)分析了在饋源任意的情況下球形或三維龍伯透鏡的電場分布和磁場分布，并求出了嚴(yán)格的解析表達(dá)式。文獻(xiàn)[5]認(rèn)為可以通過將球體分層以逼近理想透鏡的折射率分布，提出了折射率增量恒定法、介電常數(shù)增量恒定法、折射率比或介電常數(shù)比恒定法三種分層方法。文獻(xiàn)[6]在文獻(xiàn)[12]的理論基礎(chǔ)上計(jì)算得出饋電點(diǎn)處的電流和磁流以及輻射方向圖的特性，并提出等厚度分層法，同時(shí)指出分層層數(shù)增加對(duì)透鏡輻射性能的改善作用是有限的。文獻(xiàn)[13]依據(jù)幾何光學(xué)法和分層理論制備了實(shí)際中的龍伯透鏡，采用聚苯乙烯、石英、聚四氟乙烯作分層介質(zhì)實(shí)現(xiàn)兩層形式。文獻(xiàn)[27]提出最大最小優(yōu)化分層法，使得球形透鏡的增益更高、旁瓣電平更低。

1.2.2 開孔理論

除分層理論外，開孔理論也可以實(shí)現(xiàn)梯度介電常數(shù)分布。文獻(xiàn)[8-9]提出了一種開孔方法，即在垂直入射電場的方向或相近的方向上開孔，通過控制孔密度實(shí)現(xiàn)控制介電常數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)透鏡層的匹配，但是這種方法但是這只能在較窄的頻率內(nèi)實(shí)現(xiàn)，不利于天線實(shí)現(xiàn)寬帶化。與前一種方式不同，文獻(xiàn)[10]認(rèn)為在平行于電場的方向開孔有利于實(shí)現(xiàn)寬波束特性，并且可以在單層透鏡上通過開孔密度改變介電常數(shù)，提出介電常數(shù)與孔隙率公式，并將圓盤分為打孔密度控制區(qū)和厚度控制區(qū)。隨著超材料技術(shù)和3D打印技術(shù)的發(fā)展，透鏡天線的開孔變得更為簡易[14-15]。

2 龍伯透鏡天線分類

龍伯透鏡天線包括球形龍伯透鏡天線和變形龍伯透鏡天線，其中變形龍伯透鏡天線產(chǎn)生于變換光學(xué)理論，目前主要有三種不同結(jié)構(gòu)的變形透鏡天線，即橢圓龍伯透鏡天線、半球龍伯透鏡天線和平面龍伯透鏡天線。

2.1 球形龍伯透鏡天線

由幾何光學(xué)理論可得球形龍伯透鏡天線中心處εr=2，球殼處εr=1，整體介電常數(shù)低，目前在5G通信基站中得到了實(shí)際應(yīng)用。文獻(xiàn)[15]設(shè)計(jì)出六層球形龍伯透鏡天線，通過控制每層的孔隙率實(shí)現(xiàn)梯度介電常數(shù)，如圖2(a)所示。文獻(xiàn)[16]設(shè)計(jì)了一個(gè)五層球形龍伯透鏡天線，通過控制每層的厚度實(shí)現(xiàn)梯度介電常數(shù)。文獻(xiàn)[17]使用錐削狀介質(zhì)單元設(shè)計(jì)出在介電常數(shù)1.5～1.98區(qū)間內(nèi)具有與理想龍伯透鏡天線相同介電常數(shù)分布的球形龍伯透鏡，如圖2(b)所示。但是球形龍伯透鏡天線存在口徑效率偏低的客觀缺陷[18]，將直接影響天線的增益，故部分學(xué)者著手研究口徑效率更高的變形透鏡天線。

圖2 球形龍伯透鏡天線[15,17]

2.2 變形龍伯透鏡天線

變形龍伯透鏡天線基于變換光學(xué)理論改變了透鏡的形狀與介電常數(shù)，為龍伯透鏡天線提供了更多可供選擇的電磁材料。它既具有傳統(tǒng)球形透鏡高方向性、低旁瓣、寬波束的特點(diǎn)，又具有口徑效率高、搭載方便、易于共形、便于制備的優(yōu)勢。

2.2.1 橢圓龍伯透鏡天線

橢圓透鏡天線既具有球形透鏡的寬波束掃描能力，又具備低剖面特性，是較為接近球形透鏡性能的變形透鏡，它由變換光學(xué)法[2-4]衍生。文獻(xiàn)[19]最早提出用橢圓透鏡代替球型透鏡，利用坐標(biāo)變換法[2]和介電常數(shù)增量恒定法[5]設(shè)計(jì)了一個(gè)六層橢圓透鏡，如圖3(a)所示，并研究了饋源天線和透鏡天線之間距離對(duì)天線功率和方向性的影響：當(dāng)饋源中心與透鏡中心距離約等于λ時(shí)，天線性能達(dá)到最佳。文獻(xiàn)[20]根據(jù)廣義龍伯透鏡折射率公式提出一種橢圓龍伯透鏡折射率公式，研究了可調(diào)參數(shù)δ對(duì)透鏡焦距的影響，利用分層部分介質(zhì)填充平行板波導(dǎo)的方法制作了一個(gè)由喇叭天線饋電的橢圓透鏡天線。文獻(xiàn)[21]利用3D打印技術(shù)制作了五層打孔的橢圓透鏡天線，饋源為九元相控陣，如圖3(b)所示。文獻(xiàn)[22]提出了一個(gè)由橢圓龍伯透鏡組成的1×2陣列，較好地解決了解決透鏡遮擋造成的反射缺失問題，如圖3(c)所示，并使用局部波束轉(zhuǎn)移法[23]使饋源數(shù)量和耦合程度減少的同時(shí)保持天線掃描特性不變。但橢圓結(jié)構(gòu)不具備穩(wěn)定性，在工程中需加設(shè)穩(wěn)定裝置，增加了制備的復(fù)雜程度，因此實(shí)際應(yīng)用并不廣泛。

圖3 橢圓龍伯透鏡天線[19,21-22]

2.2.2 半球龍伯透鏡天線

半球龍伯透鏡天線由變換光學(xué)法[2-4]衍生，目前在多頻段衛(wèi)星通信中取得實(shí)際應(yīng)用。通常半球透鏡的饋源有兩種放置方式：上方放置與側(cè)面放置。文獻(xiàn)[24]指出，使用半球透鏡加反射板的結(jié)構(gòu)可以等效為整個(gè)球形透鏡的性能，能有效降低天線剖面高度。文獻(xiàn)[25]對(duì)比不同形狀(圓形、正三角形、正方形和正六邊形)開孔的透鏡天線介電性能后，提出一種徑向開六邊形孔的半球狀龍伯透鏡天線，天線Ku/Ka頻段中能夠?qū)崿F(xiàn)收發(fā)雙工，雙層喇叭饋源放置于透鏡兩側(cè)，如圖4(a)所示。文獻(xiàn)[26]設(shè)計(jì)出三層半球透鏡天線，Vivaldi天線作為饋源置于半球上方，如圖4(b)所示。文獻(xiàn)[27]中的半球透鏡天線在側(cè)面搭載改進(jìn)的介質(zhì)桿天線后，在Ku頻段和Ka頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)了線極化和圓極化，饋源置于半球透鏡的側(cè)面，如圖4(c)所示。

圖4 半球透鏡的饋源天線[25-27]

2.2.3 平面龍伯透鏡天線

平面龍伯透鏡是基于變換光學(xué)法[2-4]提出的變形龍伯透鏡。文獻(xiàn)[28]研究了在使用同一微帶天線作饋源條件下球形龍伯透鏡天線和變形龍伯透鏡天線的性能，通過仿真實(shí)驗(yàn)證明平面龍伯透鏡可以在實(shí)現(xiàn)最低剖面的同時(shí)實(shí)現(xiàn)最高增益，明顯優(yōu)于其他類型的龍伯透鏡天線。同時(shí)，使用變換光學(xué)法設(shè)計(jì)的平面龍伯透鏡可以提高介電常數(shù)并壓縮剖面，改善了體積龐大、重量重、表面彎曲、不易制備等問題，應(yīng)用前景最為廣泛。

文獻(xiàn)[29]認(rèn)為通過改變兩平行波導(dǎo)板間不同位置處電介質(zhì)柱的分布及其半徑來實(shí)現(xiàn)龍伯透鏡的介電常數(shù)變化，在兩個(gè)平行板波導(dǎo)之間激發(fā)兩個(gè)相位恒定的正交模來實(shí)現(xiàn)圓極化，如圖5(a)所示。文獻(xiàn)[30]中設(shè)計(jì)的平面透鏡天線以空氣作為主材料，由10個(gè)E形微帶貼片天線進(jìn)行饋電，外設(shè)2個(gè)平行板、內(nèi)設(shè)491根半徑3 mm的環(huán)氧樹脂柱，通過調(diào)整平行板之間環(huán)氧樹脂柱的位置和數(shù)量來實(shí)現(xiàn)三層等效介電常數(shù)，如圖5(b)所示。文獻(xiàn)[31-34]采用部分填充介質(zhì)的方法。文獻(xiàn)[31]認(rèn)為整個(gè)平行板波導(dǎo)中的介電常數(shù)是徑向位置的連續(xù)函數(shù)，并通過在平行板波導(dǎo)之間填充厚度隨圓柱半徑變化的均勻介質(zhì)制備出平面透鏡天線。文獻(xiàn)[32]提出了一種以空氣作為填充材料的平面龍伯透鏡天線，該天線通過變換兩個(gè)空氣填充的平行平板波導(dǎo)的間距來逼近龍伯透鏡的介電常數(shù)分布。文獻(xiàn)[33-34]通過3D打印技術(shù)在兩平行波導(dǎo)板間堆疊了六層電磁材料，圖5(c)為文獻(xiàn)[33]中平面透鏡天線二維平面圖。文獻(xiàn)[35]使用超材料技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了梯度介電常數(shù)分布。此外，平面龍伯透鏡天線在降低旁瓣電平方面也取得一定進(jìn)展，如圖5(d)所示。文獻(xiàn)[36]在透鏡兩側(cè)平面加設(shè)一對(duì)蝕刻金屬網(wǎng)格的PCB降低了旁瓣電平。

圖5 平面龍伯透鏡天線[29-30,33,36]

3 龍伯透鏡天線的制備技術(shù)

自龍伯透鏡天線被提出以來，如何制備龍伯透鏡成為一個(gè)橫亙在學(xué)術(shù)界的難題。經(jīng)過不斷探索，目前最常用的龍伯透鏡制備有三種，分別是熱發(fā)泡技術(shù)、3D打印技術(shù)、超材料技術(shù)，另有其他非典型技術(shù)已在前文中提到。

利用熱發(fā)泡技術(shù)制備龍伯透鏡是向塑料樹脂材料中加入高介電常數(shù)添加劑并進(jìn)行發(fā)泡、熟化和塑形。此技術(shù)最早開始實(shí)用，其產(chǎn)品密度低、質(zhì)量輕，但工藝流程繁瑣。常見發(fā)泡劑有高密度聚乙烯(High Density Polyethylene,HDPE)、聚四氟乙烯(Poly Tetra Fluoroethylene,PTFE)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)等。工藝中加入添加劑(如鈦酸鍶鋇、鈦酸銅鋇)提高介電常數(shù)，加入金屬或?qū)щ姺墙饘傥⒘吭亟档筒牧厦芏萚37-38]。

利用3D打印技術(shù)制備龍伯透鏡是根據(jù)設(shè)計(jì)好的天線模型在單位體積內(nèi)填充介質(zhì)材料以實(shí)現(xiàn)不同的電磁參數(shù)，其中使用最廣泛的是熔融沉積工藝(Fused Deposition Modeling,FDM)，文獻(xiàn)[15，39]通過控制聚乳酸(Polylactic Acid,PLA)和尼龍(Nylon,PA)的單位體積填充率實(shí)現(xiàn)了介電常數(shù)的改變。但FDM中廣泛使用的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile Butadiene Styrene Copolymers,ABS)、PLA和PA難以達(dá)到變形龍伯透鏡的高介電常數(shù)，因此學(xué)者針對(duì)介電常數(shù)改性進(jìn)行了大量研究。文獻(xiàn)[40]向PLA中添加不同重量百分率的鈦酸鋇粉末制成了BaTiO3/PLA復(fù)合材料，使介電常數(shù)由2.3變?yōu)?.35、2.79和3.02。

利用超材料技術(shù)制備龍伯透鏡是通過改變非諧振單元的孔徑大小以實(shí)現(xiàn)在一定頻率范圍調(diào)控電磁波的折射率，此技術(shù)重在對(duì)單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

4 龍伯透鏡天線的分析對(duì)比

從四種結(jié)構(gòu)的龍伯透鏡天線中選取11個(gè)天線進(jìn)行性能分析比較，如表1所示。不同結(jié)構(gòu)的龍伯透鏡天線應(yīng)用領(lǐng)域各有不同，但整體而言都可以實(shí)現(xiàn)寬波束掃描、波束切換控制、高增益和低旁瓣電平。球形透鏡與橢圓透鏡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差、剖面高、不易共形，但透鏡的焦點(diǎn)區(qū)域與饋源的相位中心容易重合，與饋源的匹配程度較好；半球透鏡天線結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，兩種饋源放置方式致使半球透鏡可搭載的饋源種類多樣，但未實(shí)現(xiàn)小型化和低剖面；平面透鏡天線剖面最低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最強(qiáng)，饋源搭載較為容易，其波束掃描范圍與形狀密切相關(guān)。

表1 龍伯透鏡天線性能對(duì)比

5 饋源對(duì)龍伯透鏡的性能影響分析

在工程中，電磁波由饋源天線輻射后產(chǎn)生經(jīng)龍伯透鏡天線折射后向自由空間傳遞，故龍伯透鏡天線必定搭載饋源天線。對(duì)于同一透鏡天線而言，饋源天線輻射出的電磁波極化特性影響透鏡天線輻射出的電磁波極化特性,饋源天線產(chǎn)生的波束數(shù)目與透鏡天線的掃描范圍正相關(guān),饋源天線與透鏡天線的距離影響透鏡天線的增益、方向性和旁瓣電平。

5.1 饋源的極化特性

一般而言，饋源天線決定透鏡天線的極化特性：若饋源天線產(chǎn)生線極化波，則透鏡天線輻射圓極化波；若饋源天線產(chǎn)生圓極化波，則透鏡天線輻射圓極化波。文獻(xiàn)[41]設(shè)計(jì)了4×4陣列天線作饋源，陣列單元是加設(shè)隔板的圓孔徑喇叭天線，如圖6所示，可以同時(shí)在兩個(gè)端口分別輻射左旋圓極化波和右旋圓極化波。但對(duì)于部分具有平行波導(dǎo)板的變形透鏡天線，當(dāng)饋源天線產(chǎn)生線極化波時(shí)，可在兩個(gè)平行板波導(dǎo)之間激發(fā)兩個(gè)相位恒定的等幅正交模來實(shí)現(xiàn)圓極化[29]。

圖6 加設(shè)隔板的喇叭饋源天線[41]

5.2 饋源的波束數(shù)目

一般而言，饋源天線的波束數(shù)目還決定透鏡天線的波束數(shù)量、掃描范圍和波束切換控制能力。通常透鏡輻射波束數(shù)目與陣列天線的單元數(shù)目相等，波束越多掃描范圍越大。通常相控陣天線更適用于寬波束掃描，且具有更好的波束切換控制能力。文獻(xiàn)[22]設(shè)計(jì)了由21個(gè)微帶縫隙天線組成的圓弧相控陣，每個(gè)天線都放在圓柱透鏡的焦點(diǎn)位置，如圖7(a)所示。文獻(xiàn)[24]設(shè)計(jì)了由15個(gè)E型微帶貼片天線組成的直線相控陣，如圖7(b)所示，在饋源輻射下透鏡能夠產(chǎn)生15個(gè)波束，掃描范圍達(dá)到±50°。但為了便于制備，文獻(xiàn)[42]提出了局部波束轉(zhuǎn)移法，認(rèn)為可調(diào)整兩個(gè)相鄰天線元的輻射振幅產(chǎn)生額外振幅而龍伯透鏡天線增益保持不變，這樣就可以用較少天線元產(chǎn)生較多波束。研究表明，對(duì)于陣列饋源天線，當(dāng)單元數(shù)目相同時(shí)，直線饋源陣列與圓弧饋源陣列兩者在增益和旁瓣電平方面沒有太大區(qū)別，但后者能實(shí)現(xiàn)更高的角度覆蓋[43]，如圖7(c)所示。文獻(xiàn)[32]使用的就是圓弧饋源陣列。

圖7 陣列饋源天線[22,24,32]

5.3 饋源與透鏡的距離

在天線設(shè)計(jì)完成后，整體的方向性、增益、副瓣電平與饋源天線和透鏡天線間的距離d密切相關(guān)，若要提高透鏡天線的性能，則需使饋源中心與透鏡的焦點(diǎn)區(qū)域相重合，即控制焦徑比。工程中，通過調(diào)節(jié)饋源中心與透鏡中心距離以得出饋源的最佳位置，此過程通常需要仿真計(jì)算。對(duì)于不同的天線需具體問題具體分析：文獻(xiàn)[16]經(jīng)CST仿真分析得出當(dāng)圓錐喇叭天線與球形透鏡天線相距1.1R時(shí)天線增益最高,方向性最強(qiáng),旁瓣電平最低，達(dá)到最佳性能；文獻(xiàn)[19]經(jīng)HFSS仿真分析得出當(dāng)微帶貼片天線與橢圓透鏡天線相距λ時(shí)天線增益最高,方向性最強(qiáng),旁瓣電平最低。

6 結(jié)束語

龍伯透鏡天線能夠控制電磁波的傳播路徑，可將入射波由球面波轉(zhuǎn)化為平面波，在軍用和民用方面均有廣闊的應(yīng)用前景。本文介紹了龍伯透鏡天線理論、制備技術(shù)，對(duì)比了11個(gè)天線，指出除透鏡天線自身的結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生影響外，饋源也會(huì)對(duì)龍伯透鏡天線的頻帶范圍、極化特性、掃描角度、增益和旁瓣電平等性能產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。

總體來說，以下兩個(gè)方面有待進(jìn)一步研究：一是針對(duì)龍伯透鏡的介電常數(shù)分布，優(yōu)化實(shí)際工程中介電常數(shù)與半徑的函數(shù)關(guān)系，設(shè)計(jì)出能實(shí)現(xiàn)介電常數(shù)連續(xù)分布的龍伯透鏡天線；二是針對(duì)波束掃描技術(shù)，通過優(yōu)化透鏡形狀和設(shè)計(jì)多波束形成網(wǎng)絡(luò)提高龍伯透鏡天線的波束掃描性能。