(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111661029.0 (22)申请日 2021.12.3 0 (71)申请人 中国电子科技 集团公司第五十四研 究所 地址 050081 河北省石家庄市桥西区中山 西路589号天伺部 (72)发明人 王政　何应然　汪显　白龙斌　 武彦飞　刘磊　 (74)专利代理 机构 河北东尚律师事务所 13124 代理人 王文庆 (51)Int.Cl. H01Q 15/08(2006.01) H01Q 19/06(2006.01) H01Q 1/00(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种高增益太赫兹透镜天线及其设计和制 造方法 (57)摘要 本发明涉及到一种高增益太赫兹透镜天线 及其设计和制造方法， 属于天线技术领域。 该天 线的透镜为平凸或双凸形式， 口面直径为超 过50 倍自由空间波长的电大尺寸。 该透镜包含中心层 和匹配层， 通过光学追踪和近远场变换的结合， 编程进行仿真计算天线模型的方向图， 以高增益 为目标进一步优化包含匹配层的透镜曲面方程。 对透镜的各个参数进行容差分析， 为加工提出指 标要求。 中心层采用了高介电常数低损耗的陶瓷 材料， 匹配层为复合材料压合在中心层两面。 本 发明降低了电大尺寸高增益透镜天线加工的成 本和工艺难度， 提升了成品率。 该透镜天线通过 组阵还可进一 步提高增益。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114361807 A 2022.04.15 CN 114361807 A 1.一种高增益太赫兹透镜天线， 包括透镜， 其特征在于， 所述透镜为平凸形式或双凸形 式， 且透镜口径的电尺 寸大于50倍的自由空间波长； 所述透镜包括中心层和匹配层， 中心层 为高介电常数低损耗的陶瓷材料； 所述匹配层为压合于中心层表面的匹配介电常数的复合 材料。 2.根据权利要求1所述的一种高增益太赫兹透镜天线， 其特征在于， 所述陶瓷材料的介 电常数为9 ～10， 损耗角正切为0.0 03。 3.一种高增益太赫兹透镜天线的设计方法， 其特征在于， 设计如权利要求1或2任意一 项所述的一种高增益太赫兹透 镜天线， 具体步骤如下： 步骤301， 根据费马定理， 追踪从馈源发出并通过透镜的电磁波， 得出其通过透镜后到 达垂直于透镜轴向的平面上时的路径， 设到达透镜前的路径长度为d1， 在前匹配层中的路 径长度为d2， 中心层的路径长度为d3， 后匹配层中路径长度为d4， 通过透镜后距垂直与透镜 轴向同一平面的长度为d5， 则到达该平面的相位分布 为： 其中， k0为自由空间中电磁波的波数， n1为透镜中心层折 射率， n2为透镜匹配层折 射率； 步骤302， 通过追踪从馈源发出通过透镜后的光线密度计算出口面幅度， 由口面幅度和 步骤301中得到的相位分布 得到口面的幅度和相位分布即口面电场Es， 根据自由空 间电磁 波的传输规 律由口面电场Es得出口面磁场Hs； 步骤303， 所述口面电场Es和口面磁场 Hs可分别等效为近场区域的等效电流Js和等效磁 流Ms； 且等效电流Js和等效磁流Ms之间的关系式如下： 其中n为口面的法向向量、 等效电流Js和等效磁流Ms相关的辅助矢量N和L的计算式如 下： 上式中， 其中r ′为积分面上位置矢量， S ′为积分面， j为单位虚数； 表面积分区域为透镜 天线外表面的电场和磁场采样平面； 根据上述两式得到 透镜天线的远场辐射电场表达式如下： 上式中， 其中r为位置矢量， η为真空阻抗； Eθ和 是远场辐射电场在球坐标系下的分 量； Nθ、 Lθ和 分别是辅助矢量 N和L在球坐标系下的分量；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114361807 A 2步骤304， 以高增益为目标优化得出包含 匹配层的透镜曲面方程， 对透镜参数进行正态 分布内的多次调整计算增益， 统计出增益对中心层厚度和匹配层厚度的容差范围。 4.根据权利要求3所述的一种高增益太赫兹透镜天线的设计方法， 步骤3中， 所述透镜 参数包括透 镜曲线方程、 中心层和匹配层的厚度、 中心层和匹配层的介电常数。 5.一种高增益太赫兹透镜天线的制造方法， 其特征在于， 用于制造如权利要求1或2任 意一项所述的一种高增益太赫兹透 镜天线； 具体步骤如下， 步骤501， 将透镜中心层表面清洗 干净， 打3～4遍 脱模剂， 5 0℃烘烤1h； 步骤502， 使用裁料机按权利要求3步骤304中中心层厚度和匹配层厚度的容差范围得 出的下料图进行 下料； 步骤503， 在透镜中心层上依次铺贴2层石英氰酸酯预浸料、 氰酸酯胶膜、 氧化铝陶瓷、 氰酸酯胶膜和2层石英氰酸酯预浸料； 步骤504， 采用辅助材 料对透镜中心层进行密封， 并抽真空； 步骤505， 加压固化成型， 固化温度为90℃固化30min， 130℃固化180min， 罐内压力为 0.3MPa； 步骤506， 降温， 并待温度降到 60℃， 去除辅料， 取 出透镜； 步骤507， 去除飞边， 毛刺， 打磨外表面去除脱模剂并用酒精 清洗、 晾干 。 6.根据权利要求5所述的一种高增益太赫兹透镜天线的制造方法， 其特征在于， 所述步 骤504， 透镜中心层真空密封的标准为真空度应高于 ‑0.092MPa， 停止抽气后10min内真空度 下降小于 0.02MPa。 7.根据权利要求5所述的一种高增益太赫兹透镜天线的制造方法， 其特征在于， 所述辅 助材料包括在步骤5 03的成型体上依次铺贴的脱模布、 有孔隔离膜、 透气毡和真空袋。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114361807 A 3