3D打印能帮助证明人眼里有天线吗？

都世民

龙伯透镜天线具有梯度折射率，可实现光波聚焦和定向辐射。采用液体介质与3D打印结合，液体介质的介电常数变化范围大，易混合，可用来仿制人的眼球。

在天线学科，这方面研究已成热点，研究者们有设计成平面结构和半球结构。也有制作球体结构[1-11]。有用人工电磁材料设计制作底面扁平的龙伯透镜天线。在（12.4～18 ）GHz，实现宽带扫描，-90 ～ +90度全场扫描，所用材料皆为廉价、易得材料，工艺方便快捷，灵活可变。这种研究与人眼研究相距变远。本来一些研究者是瞄准麦克斯韦“鱼眼透镜”，这么一来研究方向变了。但是也有不少研究者不釆用人工电磁材料，认为这种材料不适合这种用途。用空气、液体和其他固体材料制作。其频段正向Ka波段高端发展。

这种天线设计制造要着重考虑以下问题：一是球面与馈源匹配；二是介电常数梯度化制造；制造的球面结构和选材不影响聚光特性；三是解决了馈源不匹配难题和馈源超宽带性能。选择理想的馈电单元，已有迹象表明选用单极天线和单锥天线型式，可以较好地解决球面与饋电匹配，同时也易解决超宽带问题。

研究者有釆用人工电磁材料，介电常数范围1~17.5。分17层离散化处理。用FDTD法仿真。用苯和乙腈混合液体进行测试。14120树脂作为框架层。[1]

赵圆圆等研究团队开发的纳米级的3D打印技术——超衍射多光子直写加工技术制备了聚合物三维Luneburg透镜器件，其大小仅相当于人类头发直径的1/2，第一次将真三维的Luneburg透镜的工作波段从微波推广至光波段。

理化所研究团队利用飞秒激光直写，设计并加工了基于渐变介质超材料的三维光波段Luneburg透镜，COMSOL仿真结果表明其工作波段（>6mm）位于中红外波段。在此基础上，开展了相关的实验验证工作，利用德国Neaspec公司的近场光学显微镜（SNOM）表征了三维Luneburg透镜，在平面波入射下的聚焦性质，测量的光场强度分布，展示了一个半高全宽（FWHM）为l/2的光斑形貌，验证了Luneburg透镜具有理想三维聚焦的性能。[2]

通常是将波长为2.5~25μm的红外波段划分为中红外波段。

应当指出的是，文[1]有明显错误，将工作波长写为（>6mm），应是μm单位，不是mm波。这种低级错误不应该发生在中科院网站，作重要科技新闻发表。诸多网站作了转发。是作者还是期刋或是网站出错，有关方面应该查一查！这纳米、mm、大于、激光几个关键词是不匹配的。

飞秒激光直写制备的微尺度光波段Luneburg透镜及其聚焦光场的表征分析结果[2]

用3D打印技术制作Luneburg透镜，用来人工仿制眼球，再克隆或用干细胞体外培育视细胞和网间细胞、无足细胞饋电，进行检测光波信号，验证人眼里有超级扫描天线，是非常有意义的工作。当然能源问题和控制眼球转动的分子马达的难题还有待破解。

参考文献

[1]田小永，吴玲玲，殷鸣，李涤尘,”宽频大角度新型龙勃透镜3D打印快速制造”，,来源：道客巴巴网文庫。http://www.doc88.com/p-2941000977498.html

[2]赵圆圆,郑美玲,段宣明,Three-dimensional Luneburg lens at optical frequencies”, Laser & Photonics Review. 10(4), 665-672 (2016)。

[3]宋宏远，激光光束在梯度折射率介质中的传输特性研究，来源：道客巴巴文庫。2016-04-27.

[4]曹尚文, 周永江, 程海峰  ,   ”变换光学透镜天线研究进展”,

[5]DRISCOLL T, LIPWORTH G, HUNT J, et al. Performance of a three dimensional transformation-optical-flattened Luneburg lens[J]. Optics Express, 2012, 20 (12): 13262–13273.

[6]WU L L, TIAN X Y, MA H F, et al. Broadband flattened Luneburg lens with ultra-wide angle based on a liquid medium[J]. Applied Physics Letters, 2013, 102 (7): 074103–4.

[7]ABDALLAH D, SHAH N B, ANDRE D L, et al. Compact metamaterial-based substrate-integrated Luneburg lens antenna[J].Antennas and Wireless Propagation Letters, 2012, 11 (4): 1504–1507.

[8]Zouhair Briqech，Zouhair Briqech，Abdel-Razik Sebak, Wide-Scan MSC-AFTSA array fed grooved Spherical Lens Antenna for Millimeter-Wave MIMO Applications,

IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 64, NO. 7, JULY 201629，pp.297l-2980.

[9]AGHANEJAD I, ABIRI H, YAHAGHI A. Design of high-gain lens antenna by gradient-index metamaterialsusing transformation optics[J]. IEEE Transactions on Antennas & Propagation, 2012, 60 (9): 4074–4081.

[10]WU L L, TIAN X Y, YIN M, et al. Three-dimensional liquid flattened Luneburg lens with ultra-wide viewing angle and frequency band[J]. Applied Physics Letters, 2013, 103 (8): 084102–4.

[11]Three-dimensional,ultra-wideband Micromachined millimetre-wave hemispherical shell antenna: theoretical concept and calibrationt,lET Microwaves, Antennas & Propagation,2016, Vol，10,Iss.5， pp 525-535. ISSN 1751-8725.