毫米波频率下的传播特性不同于较低频率下的传输特性。例如,无线电传播更多地依赖于视线(LOS)路径,但有强烈的反射和更高的穿透损耗。这些问题导致非视距范围的用户接收信号困难。透镜天线是一种常用于mm波通信的实现波束控制以及增益增强的有效技术。
As shown below👇
透镜天线以及相关参数
焦距是透镜中心到焦点的距离,F/D影响透镜形状(如半球形、双曲面)和相位修正方式。
透镜需补偿电磁波从焦点到口径面的相位差,常见的透镜形状包括:
半球形透镜:适用于短焦距(F/D<0.5),相位修正公式:
双曲面透镜:适用于长焦距(F/D>1)可减少球面像差。
对于均匀介质透镜,中心最大厚度Tmax 需满足相位修正条件:
混合透镜天线
为了增强相位分布并实现紧凑的高增益天线,已有很多方法如,
金属和电介质透镜、电介质透镜、超表面、加载特殊形状的介质等。
下图为一种混合透镜,
透镜天线的辐射孔径直径表示为 D,馈源为理想点源,焦距为 F,透镜厚度为 h,金属波导透镜的有效折射率为n1 ,并且介电透镜的折射率为n2 .当传播显性模式 (TE01和 TE10) 的 S 中,相速度 (v1 ) 是
为了实现高增益辐射,辐射孔径上的相位分布需要均匀。金属透镜和介电透镜需要满足以下方程:
混合镜头与其他镜头的对比如下,
[1] Y. Cheng and Y. Dong, “3-D-Printed High-Gain Millimeter-Wave Horn Antenna With a Hybrid Metal and Dielectric Lens,” IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 73, no. 2, pp. 830–839, Feb. 2025, doi: 10.1109/TAP.2024.3475642.
[2] J. Thornton and K. Huang, Eds., Modern Lens Antennas for Communications Engineering, 1st ed. Wiley, 2013. doi: 10.1002/9781118345146.