天线是无线电发射和接收的重要装置；现代高科技的天线，更是智慧和科技的结晶。

1887年，赫兹为了验证麦克斯韦预言的电磁波的存在，设计出试验用的发射天线和接收天线。1888年，赫兹用他的天线验证了麦克斯韦的电磁理论。

1890年波波夫与马可尼为了实现无线电远距离通信而设计了各种天线。马可尼制造出一种发射天线，由30根下垂的铜线组成，顶部用水平横线把这些铜线连在一起，横线悬挂在两个支持塔上，实现了远程通信，开始了无线电通信。

20世纪初，天线的工作频率限于长波。随着中波、短波频段的使用，出现了由多个单元组成阵列的大功率线状天线。早在1888年，赫兹就发明了抛物面天线，但由于没有相应的振荡源，面状天线未能得到推广。上个世纪二十年代末，微波电子管的出现，各种面状天线陆续研制出来。三十年代中后期，空心金属波导管开始广泛使用。四十年代，雷达的问世，促进了微波技术的发展；为了快速捕获目标，科学家又研制出波束扫描等天线。

廿世纪五十年代末期，微波接力通信、射电天文学和电视广播事业的发展，大型抛物反射面天线、可跟踪卫星的抛物面射电望远镜诞生。人造卫星与洲际导弹的成功发射，对天线要求高增益、高分辨率、宽频带、快速扫描和精确跟踪。天线技术发展神速，出现了卫星通信大型地球站天线、卡塞格伦天线、电子计算机技术支持的相控阵天线等新型天线。

廿世纪七十年代以后，卫星通信的发展，无线电频段朝毫米波、亚毫米波和光波方向的发展，出现了新型毫米波天线、新型阵列天线、高精度射电望远镜天线、大型相控阵天线等。

2000年以来，光学和光波技术与卫星卫星通信技术的交叉使用，催生了划时代的新型卫星天线——透镜天线。透镜原理的天线曾出现于1944年，Neberug设计了球状透镜，因技术原因并未发展；现代光电子学、光物理学、电磁理论、电磁波技术、光电通信技术等新兴科技赋予透镜天线新的生命，代表先进天线技术，具有深远的意义。

透镜天线原理

透镜天线属于光学天线（aerial loss）。光学天线有反射器天线和透镜天线。

按光学理论，利用透镜能使放在透镜焦点上的点光源辐射出的球面波，经过透镜折射后变为平面波。透镜天线利用这一原理，由透镜和放在透镜焦点上的辐射器组成。

透镜天线在振子或喇叭形辐射器前装有透镜，使辐射能量集中成窄的射击束的微波天线。透镜是一种能通过电磁波而其折射系数不等于1的三维结构。点源或线源发出的球面波或柱面波经过透镜可以变换成平面波，从而得到笔形或扇形波束。透镜的折射系数是该位置的函数，透镜的形状决定其口面场分布。

透镜可以用折射系数n大于1的自然介质制成，也可以是由金属栅网或金属片等组成的人工介质结构（n＞1或n＜1）。n=c//vφ（式中c为光速；vφ为介质中的相速），电磁波在介质中的传播速度小于光速，即n小于1的透镜称为加速透镜。当透镜正反两面都是折射面时，称为双面透镜；当只有照射面是折射面时，称为单面透镜。

透镜技术

·龙伯（Lune berg）球透镜：又称椤勃透镜、介质透镜。喇叭口径上的龙伯球透镜。

龙伯球透镜的折射系数按n（r）=√2-（r/a）2变化。

式中：a为球的半径；

R为球内任一点离球心的距离。

当平面波入射透镜上时，经透镜而被聚焦到与此平面波前垂直的直径的另一端。因此，在这一点放置一馈源就能在球天线口面上形成平面波。只要在球面上移动馈源就能使波束作360°扫描。

根据几何光学原理，为使从F发出的球面波经介质透镜折射后变成平面波，从 F发出平面波前的任意两条射线的光程应该相等。介质表面方程式：

设介质的折射率n，得式为：

Dfp+ndpp=dfo+ndoq+ndoq=dfo+ndoq+ndpp

即为：dfp=dfo+ndoq

由此得透镜表面的方程：

R=f=n(r cosΦ-f)

由上式解得：r=(1-n)f÷(1-n cosΦ)

上式为双曲线方程，焦点在F，离心率n＞1。介质透镜表面为以该双曲线为母线的旋转对称双曲线或双曲柱面。根据双曲线的特性得知，f和n的值越大，双曲线越平坦，透镜越薄。随着n值的加大，透镜表面的反射将增强，从而使喇叭的效率降低。所以实际应用时多选用n=(1.3~1.6)的介质。龙伯球透镜上的介质透镜原理。

龙伯球透镜适用于介质减速透镜天线。龙伯球透镜的缺点是笨重口制造困难、介质老化和界面反射会引入损耗等。

·波导透镜（Waveguide Lens）：又称金属透镜、空气透镜。喇叭口径上的波导透镜。波导透镜能把输入场分布变为所需场分布的结构。例如输入面与输出面分别由数目相等的辐射单元组成的数组，对应单元用传输线连接。各传输线的长度按输出口面场分布要求来确定；也可在相控扫描。再如把E面扇形喇叭口部的H面尺寸做成有些上凸使得扇形中间这部分波的相速变慢，从而在口同相。波导镜适用于金属加速透镜天线。

波导透镜天线的方向图和阻抗等频带特性，除与馈源特性、透镜形状等有关外，还与透镜折射系数n的频率响应有关。在减速透镜中，波长λ的变化对折射系数n影响很小，但在加速透镜（金属板透镜）中，n与λ的关系密切：n=√1-（λ/2d）2，因而频带较窄，只有百分之几。由TEM传输线组成的透镜中，n与频率无关，频带由其它因素决定。

透镜天线的分类

·介质减速透镜天线：透镜是用低损耗高频介质制成，中间厚，四周薄。从辐射源发出的球面波经过介质透镜时受到减速，所以球面波在透镜中间部分受到减速的路径长，在四周部分受到减速的路径短。因此，球面波经过透镜后就变成平面波，辐射变成定向的。

·金属加速透镜天线：透镜由许多块长度不等的金属板平行放置而成。金属板垂直于地面，越靠近中间的金属板越短。电波在平行金属板中传播时受到加速。从辐射源发出的球面波经过金属透镜时，越靠近透镜边缘，受到加速的路径愈长，而在中间则受到加速的路径就短。因此，经过金属透镜后的球面波就变成平面波。

透镜天线

透镜天线的优点：①天线辐射波束中的旁瓣和后瓣小，方向图较好；②制造透镜的精度要求不高，制造方便。透镜天线的缺点是效率不高，结构复杂，价格昂贵。

透镜天线根据接收原理分为单波速透镜天线、点波束透镜天线和多波束透镜天线等。多波束透镜天线是多个方向的波束经透镜折射成二个或多个信号到达馈源的天线，支持点对多点、多点对多点卫星通信。按透镜理论，透镜技术都可以造就多波速透镜天线。

透镜技术、透镜天线技术先天拥有先进、优越的品质，首先应用于军事技术、导弹、飞机、军舰、坦克、雷达、航空航天等卫星通信、移动卫星通信、遥测系统、雷达系统。在民用领域也得到优先发展。

1、CyberTenna透镜天线

CyberTenna透镜天线，是成立于1994年的瑞典Telewide公司开发出的新型天线，运用Waveguide透镜技术的中孔盘形透镜天线，可以同时接收多达十颗卫星的信号。CyberTenna透镜天线运用波导透镜原理和技术，属于金属加速透镜天线。欧洲航天局、欧洲Spacy局、欧空局资助Telewide波导透镜技术的发展；CyberTenna基于尖端技术，加快、改变卫星通信的方式，运用到航天航空、军事卫星、VSAT通信等领域；2001年12月，CyberTennaS64获美国专利及欧洲、澳洲专利。

（1）CyberTenna S64技术特性

天线增益是通过光学反射；天线的中心孔形成空气透镜，接收卫星发射的信号，放大的信号再聚焦于高频头。天线的中心留有16㎝的圆孔，面向焦点位置的信号直接、无损失地到达馈源处，并可减少风阻和积雪覆盖，保证天线稳定工作。CyberTennaS64属多波束透镜天线，最多支持接收8个波束。

（2）CyberTenna天线技术参数透镜：波导透镜；频率范围：10.7GHz~12.75GHz；增益(11.7GHz)：36dBi；天线直径：80㎝；天线孔距：16㎝；LNB数量：＞8个；接收方位角：≤25°；仰角：0-9°；波束角：3°=24dB；重量：9KG；两极跨越不多于3°：＞34 dB；交叉极化0°：＞44 dB；抵销角度方位＜2.4°：32°；Offset angle in azimuth：20°；signal level within 2dB:40°；Number of satellite postions：3°;Area(m2)：0.48。

（3）CyberTenna安装

CyberTenna透镜天线组装简便，馈源架上有高频头安装刻度，最多接收10颗卫星；卫星信号可分路或混合输出；安装时高频头会自动对焦，只要将馈源架上的中间位置的高频头直接对着南方，把天线调到适当的仰角，当把这颗卫星调整到最佳状态时，其它的高频头会自动调整到最佳状态，再微调两个高频头之间的距离和仰角。当本振为11.7GHz时，增益为36dB，相当于65㎝的天线。一般透镜天线在接收3°间距的两颗卫星的时候会发生冲突，CyberTenna天线3°的波带宽度增益达到24 dB，可以解决这个难题。因透镜天线接收的信号非常强，接收的方位角范围是30°，所以在方位角30°范围内的卫星都能被收到。透镜天线的接收仰角极高，仰角范围是0-90°，在北半球、南半球，即使在赤道上都轻松使用。

2、LuneQ-40多波束透镜天线

LuneQ-40天线是日本住友电工与JSAT株式会社2001年研发，2004年推出的新型高科技天线，是世界上第一个能以较高灵敏度接收来自任意方向电波的卫星天线。LuneQ-40天线可接收多颗卫星，又称LuneQ-40多波束透镜天线。LuneQ-40天线运用龙伯球透镜原理和技术，属于介质减速透镜天线。

（1）LuneQ-40天线技术特性

LuneQ-40是半球形透镜，天线可做360°扫描，1台多波束的天线可接收多颗卫星，如在日本能接收全部日本广播卫星，BS、CS（Music含有Bird）、110°SkyPerfecTV等。如果选择CS下变频器套件的话，Music Bird也能接收；可在阳台、平台、墙壁、立柱和支架安装；耐风，增加rune防雪套件可防大雪。售价19800日元/套。

LuneQ-40独特的色彩设计：地球蓝色、浅灰色、象牙色等；根据墙壁、花园、街道和环境的颜色选择喜爱的色彩，组成彩色变奏曲。

（2）LuneQ-40天线技术图解

龙伯透镜是1944年由龙伯设计的介质透镜（通过介质将电波聚焦的透镜）的一种，通过按照距球形介质中心的距离使相对介电常数发生变化，可以对于

（3）LuneQ-40技术参数

LNB数量：高频头A 110°、CS
高频头B 124°/128° SKY Perfec TV
高频头C 其他CS
接收频率：11.7~12.2/12.2~12.75
极化方式：右旋或垂直/水平
天线直径：40㎝
天线增益：32.0dBi~32.3dBi
噪声温度：45K~57K
高频头增益：48/48/50/60dB
高频头频率 10.678GHz/11.2GHz
高频头噪声指数：0.45dB
受风面积：0.19
风压（风速60m/s）：57KG
输出阻抗：75Ω（F型）
频率稳定性：±1.5MHz以内
温度范围：-30~+50度
电源：DC9.5~189.0
质量：约5.5kg

（4）LuneQ-40安装

LuneQ-40安装简单方便，方式多样。LuneQ-40墙壁、立柱、基座安装；LuneQ-40高频头夹具和刻度；LuneQ-40平台安装；LuneQ-40支架安装；LuneQ-40防雪罩。