CN111244641A - 一种应用于低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线，包括：圆球形或者椭球形人工介质透镜；N组±45°交叉极化馈源，馈源设置于人工介质透镜背面；P组射频TR组件，放置于馈源的反射板背面，其中P≤N，用于实现信号收发；P组开关矩阵，分别与射频TR组件对应连接，用于实现波束赋形；P组信道模数组件，与开关矩阵对应连接；P组数据流编码器，分别与信道模数组件对应连接，用于实现信道数字预编码。通过变换光学在低频段（698‑960MHz频段）5G移动通信领域实现了多波束高增益龙伯透镜天线，且解决了传统板状天线应用到低频段由于波长长、体积大、成本高以及难于实现massive MIMO的问题。

Description

一种应用于低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种应用于低频段（698-960MHz频段）5Gmassive MIMO龙伯透镜天线。

背景技术

随着无线通信技术的发展，无线网络的丰富应用带动了无线数据业务的迅速增长。据权威机构预测，未来10年数据业务以每年1.6-2倍的速率增长，这将给无线接入网络带来了巨大的挑战，因此这就需要未来通信系统设计能够更加高效地利用带宽资源，大幅度提升频谱效率。中国移动、中国广电的5G频率分布在3GHz以下的低频段，中国广电的频率分布在1GHz以下的700MHz频段，虽然该频段适合远距离传输，由于波长长、体积大，不利于Massive MIMO波束赋型。

Massive MIMO（又称 large scale MIMO）技术，是指基站端采用大规模天线阵列，天线数超过十根甚至上百根，并且在同一时频资源内服务多个用户的多天线技术，该技术由贝尔实验室的Marzetta于2010年首次提出，目前已成为 5G 无线通信领域最具潜力的研究方向之一。相控阵天线与龙伯透镜天线是目前最为主流的Massive MIMO多波束天线形式。传统相控阵天线在进行波束赋型时只需改变各个单元的激励幅度与相位，在移相器精度足够的情况下可以使用较少的单元数目实现较高精度的赋型特性。但在实际应用中，32TR以上波束赋型后，天线互偶已经很严重，天线性能指标严重下降。在低频段（如700MHz频段），目前市场上仅有2TR和4TR的板状MIMO天线。因该频段波长，天线尺寸大，重量重，传统板状MIMO天线无法实现8TR或16TR的Massive MIMO多波束天线，难以在低频段5G通信领域发挥作用，也鲜有人研究这方面的课题。

因此，如何在低频段特别是698-960MHz频段频段5G通信领域实现相控阵的龙伯透镜天线，以解决目前板状MIMO天线难以在低频段5G通信发挥作用的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种应用于低频段5G massiveMIMO龙伯透镜天线，解决了现目前传统板状MIMO天线应用在低频段（698-960MHz频段）存在的缺陷。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的一方面，提供一种应用于低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线，包括：

圆球形或者椭球形人工介质透镜；

N组±45°交叉极化馈源，所述馈源设置于所述人工介质透镜背面；

P组射频TR组件，放置于馈源的反射板背面，其中P≤N，用于实现信号收发；

P组开关矩阵，分别与所述射频TR组件对应连接，用于实现波束赋形；

P组信道模数组件，分别与所述开关矩阵对应连接；

P组数据流编码器，分别与所述信道模数组件对应连接，用于实现信道数字预编码。

进一步地，所述圆球形或者椭球形人工介质透镜包括多层介电常数不同的人工介质材料层；所述圆球形或者椭球形透镜内每层人工介质材料层的介电常数由内至外从高向低变化。

进一步地，所述椭球形透镜内包括有5至10层人工介质材料层，每层人工介质材料层的介电常数由内至外在3.5~1.5之间变化；所述圆球形透镜内包括有5至10层人工介质材料层，每层人工介质材料层的介电常数由内至外在2~1之间变化。

进一步地，所述圆球形或者椭球形透镜的制备方法包括：

利用不同配方的复合高介电常数添加剂分别添加在聚苯乙烯原料中，制备介电常数不同的可发性聚苯乙烯珠粒；

将所述可发性聚苯乙烯珠粒进行发泡和熟化形成发泡珠；

将熟化的发泡珠进行模塑成型；

将成型后的模塑制成球形。

进一步地，所述复合高介电常数添加剂包括高介电常数添加剂和微量元素调节剂，所述高介电常数添加剂为钛酸锶钡或钛酸铜钡，提高可发性聚苯乙烯珠粒的介电常数；所述微量元素调节剂用于在所述高介电常数添加剂的基础上进一步降低可发性聚苯乙烯珠粒的密度；所述微量元素调节剂为金属粉或导电非金属。

进一步地，所述采用复合高介电常数添加剂制备介电常数不同的可发性聚苯乙烯珠粒包括：

将聚苯乙烯单体、复合高介电常数添加剂、引发剂、分散剂、水和发泡剂加入反应釜中，聚合后得到含发泡剂的树脂颗粒；

经洗涤、离心分离和干燥，制得介电常数不同的可发性聚苯乙烯珠粒产品。

进一步地，所述将所述可发性聚苯乙烯珠粒进行发泡和熟化形成发泡珠包括：

将所述可发性聚苯乙烯珠粒倒入间歇式预发泡机，进行预发泡；

放置一段时间使得预发泡后的珠粒进行熟化；

将熟化后的发泡珠进行筛选，使不同比例的复合材料的发泡珠的直径尽可能一致，按照设计分组存放。

进一步地，所述球形为圆球形或椭球形；当球形为圆球或椭球时，所述将成型后的模塑制成球形包括：

将发泡熟化后的不同介电常数的聚苯乙烯泡珠，分别注入球核、不同层别的正五边形、不同层别的正六边形的磨具中，按照层别分别成型；

将成型后的球核安装在磨具上，再在球核上依次安装正五边形、正六边形，直至内层介质层安装完毕。

进一步地，所述信道模数组件包括逆速IFFT模块、循环前缀CP模块、数模转换DAC模块、模数转换ADC模块和变频器；所述射频TR组件包括发射机功率放大模块PA、接收机低噪声放大器模块LNA、多工器；

在发射阶段，用户需求信号上传后，控制中心会根据用户时空信息和数据需求进行信道和波束调度，信道模数组件通过逆速IFFT模块执行快速傅里叶变换IFFT，并通过循环前缀CP模块将循环前缀CP作为信号处理附加到信号上，其数目与发射机天线单元的数目完全相同，之后经数模转换DAC模块和变频器处理后发出；信号通过信道模数组件处理后进入开关矩阵进行信道和波束调度分配，分配后的射频RF信号进入发射机功率放大模块PA进行信号放大，放大后的RF信号进入多工器进行滤波和混合，RF信号多工后进入馈源阵列，再通过龙伯透镜进行光学变换，将RF信号天线增益提高后，在指定的波束发射出去；

在接收阶段，信号路径与所述发射阶段相反，馈源阵列通过龙伯透镜在指定的波束内接收外部发过来的RF信号，经多工器滤波后，通过接收机低噪声放大器模块LNA降噪放大进入开关矩阵；通过变频器和模数转换ADC模块后，进入循环前缀CP模块去除信号的循环前缀，同时通过逆速IFFT模块执行快速逆傅里叶变换后进入数据流编码器解码。

进一步地，所述馈源包括：

反射板；

两个垂直交叉分布的半波长偶极子，每个所述半波长偶极子均包括两个交叉极化阵子臂；

四个L型谐振器，分别位于四个交叉极化阵子臂之间；

四个巴伦，每个巴伦的一端分别与其中一个交叉极化阵子臂的内端连接，每个巴伦的另一端均与所述反射板连接；

内导体，位于四个巴伦形成的腔体内部的底部，与反射板连接；

两个倒U型馈电部，位于四个巴伦形成的腔体内部，均包括一个水平方向的耦合馈电片和两个分别与耦合馈电片两端连接的垂直传输线，所述垂直传输线还与内导体连接；两个耦合馈电片垂直分布；

输入输出接头，设置于其中一个巴伦的外侧底部，与所述开关矩阵切换式连接；

半波长偶极子相较于反射板靠近龙伯透镜，且方向指向龙伯透镜的球心。

本发明的有益效果是：一种应用于低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线具有以下优点：

1、通过变换光学在低频段（698-960MHz频段）5G移动通信领域实现了8至32个波束16至64个数据流端口的多波束高增益龙伯透镜天线，且解决了传统板状天线应用到低频段由于波长长、体积大、成本高以及难于实现massive MIMO的问题；

2、馈源采用基于相控阵数模混合的馈源布阵，将信道数字预编码和模拟射频波束形成相结合。有效降低了纯数字波束赋型傅里叶变换（IFFT）计算量，降低基站能耗。同时，提高馈源数量，有效解决了低频段5G透镜天线实现Massive MIMO多波束高增益的难题。

3、高增益，一个振子的馈源即可实现高增益，因为由于介质透镜具备光学透镜特性，电磁波透过透镜面可以提高天线增益，不需要增加振子数量提高天线增益，也进一步减小了天线的整体尺寸和结构的复杂度；

4、宽频带，工作频段取决于馈源，与透镜介质材料物管；副瓣低，介质透镜对副瓣波具有抑制作用，理论上可以比相控阵优于10dB以上；馈电网络简单，1个TR仅连接一个馈源，没有功分器和相位器，比相控阵馈电网络简单，成本低，能耗低；

5、波束赋型容易，在球表面焦点位置布阵多个馈源，便可实现多波束且每个波束辐射特性相同。应用跟踪扫描时，只要移动馈源，所以大大的提高了扫描的速率和效率。扫描角度理论上可以到360°，为了避免馈源遮挡，实际多波束覆盖范围约120°；

6、本发明其中一示例性实施例公开了相控阵数模混合方式，采用基于相控阵数模混合的馈源布阵（及馈电方式），其中数模混合布阵具体是将信道数字预编码和模拟射频波束形成相结合，采用信道数字预编码实现数据流编码器，同时采用射频电路中矢量开关矩阵实现模拟波束赋型。通过该方式，大幅度降低了纯数字波束赋型中傅里叶变换（IFFT）计算量，取消了大规模数字移相器和幅度控制器，有效降低了基站能耗。而且在同等条件下，增加了馈源数量，提高了TR组件的数量，增加了射频通道数量，扩大了数据传输能力，有效解决了低频段5G透镜天线实现Massive MIMO多波束高增益的难题。

7、本发明其中一示例性实施例公开多种不同馈源的布阵形式，以适合不同场合。

8、本发明其中一示例性实施例公开了一种小型化宽频带龙伯透镜天线馈源，解决了长期困扰的龙伯透镜（圆球透镜/椭球透镜）天线在低频段实现宽频带馈源的难题，具体实现的是双极化天线，采用两个垂直交叉分布的半波长偶极子呈±45º交叉设计，即可实现±45º双极化宽带天线，通过在半波长偶极子之间增加四个L型谐振器，可以产生一个新的可控谐振模式，展宽带宽，并不增加天线的尺寸，只要控制耦合强度就可以实现模式可控；同时控制L型谐振器的尺寸和阵子臂的间距，就可实现宽带天线的设计。

9、本发明的又一示例性实施例公开的一种小型化宽频带龙伯透镜天线馈源，通过固定介质板将半波长偶极子和L型谐振器的位置进行固定。

10、本发明的又一示例性实施例公开的一种小型化宽频带龙伯透镜天线馈源，为了提高天线与天线之间的隔离度，在反射板的外侧设置有一定高度的围边；而在又一示例性实施例中，围边粘贴吸收材料，专门吸收折射波，从而提高天线的性能，避免当围边提高到一定程度，就会影响天线的辐射。

11、本发明的又一示例性实施例公开的一种小型化宽频带龙伯透镜天线馈源，通过在交叉极化阵子臂的外端向反射板方向弯折，减少天线之间的耦合，从而尽可能增加天线馈源的数量，以提高天线的传输能力，降低馈源之间的距离尽可能小。

1/2、本发明的又一示例性实施例公开的一种小型化宽频带龙伯透镜天线馈源的多频段馈源组，包括：将两种馈源结合排布，同时实现各大运营商希望的高频段的天线频段需要覆盖的1710 MHz-2690 MHz和低频段的天线频段需要覆盖到698-960 MHz。

13、本发明一示例性实施例公开的一种低密度人工介质龙伯透镜的制备方法，应用到5G低频段（698-960MHz频段）中使用，因此透镜天线的电性能尺寸要求比较大，解决了圆球形（椭球形）透镜大尺寸（≥600mm）在实际应用中，体积大、重量重、不便于安装和使用的问题；采用复合高介电常数添加剂，不仅实现高介电系数，而且可以实现低密度，使得采用本示例性实施例中的低密度人工介质龙伯透镜的制备方法制备得到的龙伯透镜单人可以搬动，方便安装和使用。

附图说明

图1为本发明一示例性实施例公开的龙伯透镜天线结构示意图；

图2为龙伯透镜天线工作原理图；

图3为本发明一示例性实施例公开的制备方法的流程图；

图4为本发明一示例性实施例公开的信道模数组件（图4A）和射频TR组件（图4B）结构示意图；

图5为本发明一示例性实施例公开的其中一种馈源布阵示意图；

图6为本发明一示例性实施例公开的图5的馈源布阵的水平方向图和垂直方向图；

图7为本发明一示例性实施例公开的又一种馈源布阵示意图；

图8为本发明一示例性实施例公开的图7的馈源布阵的水平方向图和垂直方向图；

图9为本发明一示例性实施例公开的又一种馈源布阵示意图；

图10为本发明一示例性实施例公开的图9的馈源布阵的水平方向图和垂直方向图；

图11为本发明一示例性实施例公开的又一种馈源布阵示意图；

图12为本发明一示例性实施例公开的图11的馈源布阵的水平方向图和垂直方向图；

图13为本发明一示例性实施例公开的又一种馈源布阵示意图；

图14为本发明一示例性实施例公开的图13的馈源布阵的水平方向图和垂直方向图；

图15为本发明一示例性实施例公开的又一种馈源布阵示意图；

图16为本发明一示例性实施例公开的图15的馈源布阵的水平方向图和垂直方向图；

图17为本发明一示例性实施例公开的馈源透视结构示意图；

图18为本发明一示例性实施例公开的安装有固定介质板的馈源结构示意图；

图19为本发明一示例性实施例公开的安装有固定介质板的馈源透视结构示意图；

图20为本发明一示例性实施例公开的交叉极化阵子臂弯折的馈源结构示意图；

图21为本发明一示例性实施例公开的馈源实验方向图；

图22为本发明一示例性实施例公开的实验带宽驻波示意图；

图23为本发明一实例性实施例公开的多频段馈源组结构示意图；

图中，101-半波长偶极子，1011-交叉极化阵子臂，102-L型谐振器102，103-巴伦，104-倒U型馈电部，105/105’-反射板，106-固定介质板，107-输入输出接头，108-内导体，109-柱体，10A-第一馈源，10B-第二馈源，G1-第一馈源组，G2-第二馈源组，G3-第三馈源组，R1-R5分别代表龙伯透镜圆心至各层介质材料外表面的半径。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

参见图1，图1示出了本发明一示例性实施例提供的一种应用于低频段5G massiveMIMO龙伯透镜天线，包括：

圆球形或者椭球形人工介质透镜；

N组±45°交叉极化馈源，所述馈源设置于所述人工介质透镜背面；

P组射频TR组件，放置于馈源的反射板背面，其中P≤N，用于实现信号收发；

P组开关矩阵，分别与所述射频TR组件对应连接，用于实现波束赋形；

P组信道模数组件，分别与所述开关矩阵对应连接；

P组数据流编码器，分别与所述信道模数组件对应连接，用于实现信道数字预编码。

具体地，相较于现有技术的相控阵天线，该龙伯透镜天线3D波束赋形装置实现massive MIMO的波束赋型，采用基于龙伯透镜天线的相控阵数模混合的馈源布阵（及馈电方式），其中数模混合赋型是将信道数字预编码（采用信道数字预编码实现数据流编码器）和模拟射频信道（采用射频电路中矢量开关矩阵实现模拟波束赋型）相结合，利用龙伯透镜天线天然球形实现3D波束赋形，大幅度降低了纯数字波束赋型中傅里叶变换（IFFT）计算量，取消了大规模数字移相器和幅度控制器，有效降低了基站能耗。

而且在同等条件下，增加了馈源数量，提高了TR组件的数量，增加了射频通道数量，扩大了数据传输能力，有效解决了低频段5G透镜天线实现Massive MIMO多波束高增益的难题。

在该示例性实施例相对于普通相控阵天线，透镜天线单波束增益高且相等，通过天然球形赋型；普通相控阵天线通过开关矩阵、移相器、调幅器、功分器等器件调幅调相来赋型，通过增加天线馈源单元数量来提高天线增益，通过众多馈源单元后面的PA功率合成。具体比较详见下表：

从以上表分析看，透镜天线从很多方面都比普通板状相控阵天线在性能上优越。

更优地，在一示例性实施例中，所述圆球形或者椭球形透镜包括多层介电常数不同的人工介质材料层；所述圆球形或者椭球形透镜内每层人工介质材料层的介电常数由内至外从高向低变化。

更优地，在一示例性实施例中，所述椭球形透镜内包括有5至10层人工介质材料层，每层人工介质材料层的介电常数由内至外在3.5~1.5之间变化；所述圆球形透镜内包括有5至10层人工介质材料层，每层人工介质材料层的介电常数由内至外在2~1之间变换。

如图2所示，龙伯透镜天线(Luneberg Lens)由R.K. Luneberg（龙伯）于1944年提出基于几何光学提出了龙伯透镜的概念, 距今已有超过70 多年的历史。其相对介电常数变化满足公式：

，r为球内任一点到球心的距离，R为球的半径，龙伯透镜天线具有球对称结构，相对介电常数从球心为2到球面为1连续渐变，能够将入射的电磁波汇聚于球面焦点处，反之亦然。与板状天线相比龙伯透镜天线尺寸小，介质透镜天线不仅在电性能上超过板状相控阵天线，而且在机械性能上，显示小型化优势，对比如下表所示：

根据电磁波自由空间损耗计算公式Ls=92.45+20LogF(GHz)+20logD(Km)，F为频率GHz，D为覆盖距离Km。下表计算出0.7GHz 2.6GHz、3.5GHz和4.8GHz的空间损耗和所需天线增益：

从上表可以看出，当覆盖距离要求一样的情况下（例如2km），频率越高，损耗越大。在确保用户接收信号强度相同的条件下，频率越高，所需发射接收天线的增益越高。高频段为了提高天线增益往往需要提高天线振子数量。大规模阵列天线massive MIMO就是通过相控阵馈电技术，提高天线单元数量来产生窄的波束以提高天线增益的，massive MIMO天线还通过每个天线单元的移相器来改变天线的波束角实现波束赋型。

从上表还可以看出0.7GHz的波长是5G 其他频段波长的4~7倍，若要获得其他频段相同的板状天线增益，天线的尺寸是其他频段的4~7倍，因此很难兼顾尺寸与增益之间的矛盾。为了调和这种矛盾，本发明的示例性实施例提出了用透镜天线解决这个难题。利用透镜的光学变换(Trans formation Optics)理论，即利用透镜具有聚焦功能和放大功能。电磁波在透镜的焦点通过馈源辐射到透镜，电磁波通过透镜形成一种平行波向空中辐射，远处的手机收到基站的信号后，通过手机发射上行信号，手机信号通过透镜聚焦到馈源上，就可以实现了基站与手机的通信。基站除了下行传输大数据量的数据外，还需要传送无线传播信道状态的信道状态信息(CSI)，因此必须在终端手机侧估计的CSI反馈到基站。基站根据CSI信息，利用本发明基于相控阵馈电技术和数模混合赋型控制技术调度波束。天线的多波束形成是利用透镜天然的球面或椭球面机械结构，在透镜的不同焦点处规律地部署透镜背后的馈源，根据变换光学理论，通过透镜形成多种不同角度的扫描波束。理论上，透镜天线的扫描波束可以覆盖180º的半球，现有任何massive MIMO板状天线都无法企及。为了提高天线各波束增益和方向角的均等性，同时根据蜂窝基站每天线120º的覆盖范围。

更优地，在一示例性实施例中，如图3所示，所述圆球形或者椭球形透镜的制备方法包括：

利用不同配方的复合高介电常数添加剂分别添加在聚苯乙烯原料中，制备介电常数不同的可发性聚苯乙烯珠粒；

将所述可发性聚苯乙烯珠粒进行发泡和熟化形成发泡珠；

将熟化的发泡珠进行模塑成型；

将成型后的模塑制成球形。

具体地，在本申请中，透镜的材料采用人工合成的介质材料，主要包括物理发泡材料和高介电常数添加剂。

在该示例性实施例中，选用的物理发泡材料采用发泡聚苯乙烯，又称可发性聚苯乙烯(expandable polystyrene, EPS)，具有相对密度小（1.05g/cm³）、热导率低、吸水性小、耐冲击振动、隔热、隔音、防潮、减振、介电性能优良等优点，广泛地用于机械设备、仪器仪表、家用电气、工艺品和其他易损坏贵重产品的防震包装材料以及快餐食品的包装。因此，选用EPS作为发泡材料，具有成本低，易获得，有利于大批量生产，同时具备介电常数低（本专利的加工方法最小可达1.02）的特性。

而对于高介电常数添加剂，下述单种高介电常数添加剂，例如钛酸钡、钛酸锶钡或钛酸铜钙，具体地：

钛酸钡是一种强介电化合物材料，具有高介电常数和低介电损耗，是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一。性状：白色粉末；熔点 ：1625℃；相对密度：6.017 g/cm³；介电常数：70~80。由于本示例性实施例是为了解决5G透镜天线在低频段应用，尺寸很大（直径800~1500mm），若采用钛酸钡，介电常数仅有80左右，与EPS混合后，密度很大（查表表观密度为0.33g/cm³），造成直径为1000mm的透镜很重（＞160Kg），在实际应用中，体积大，重量重，不便于安装和使用。

钛酸铜钙－－CaCu₃Ti₄O₁₂化合物(简称CCTO)为钙钛矿立方晶系结构。最近文献报道了CaCu₃Ti₄O₁₂具有反常的巨介电常数（ε≈104-105）和极低的损耗（tgδ≈0.03）,特别是在很宽的温区范围内（100-400K）介电常数值几乎不变，反映了介电响应的高热稳定性。而钛酸铜钙与EPS的混合物的表观密度，比钛酸钡虽有很大的降低，平均表观密度仍高达0.23g/cm³。直径为1000mm的透镜重量＞120Kg，单人仍无法搬动。

钛酸锶钡电介质材料具有许多优异的介电性能。该系材料具有很高的介电常数,较低的介质损耗,通过改变Ba/Sr比或掺杂改性,可以在很宽的范围内改变材料的居里温度和介电常数,并且可以大幅改善材料的介电常数一温度特性。1250℃烧结的样品的室温介电常数达到3568,介质损耗为0.0093,在-12~50℃温区内,介电常数的容温变化率为±14.1%,耐压强度为5.6KV/mm,可满足高压陶瓷器件基体瓷料的要求。钛酸锶钡的密度也很高，无法满足要求。

也就是说，上述多种方式采用的单种高介电常数添加剂制作的适用于5G的大尺度透镜，在实际应用中，体积大，重量重，不便于安装和使用。

因此在本申请中采用复合高介电常数添加剂，不仅实现高介电系数，而且可以实现低密度，使得采用本示例性实施例中的低密度人工介质龙伯透镜的制备方法制备得到的龙伯透镜单人可以搬动，方便安装和使用。

另外，通过在发泡前将物理发泡材料和高介电常数添加材料打磨成粉状，减小每颗材料的尺寸使得其在发泡前后都为絮状结构，利于在模塑成型阶段的成型；和更利于物理发泡材料和高介电常数添加材料的均匀混合，进而使得制得的每层人工介质材料层的介电常数更加准确和均匀稳定。

更优地，在一示例性实施例中，所述复合高介电常数添加剂用于将制备得到的透镜密度控制于0.04-0.06g/cm³。

更优地，在一示例性实施例中，所述复合高介电常数添加剂包括高介电常数添加剂和微量元素调节剂，所述高介电常数添加剂为钛酸锶钡或钛酸铜钡，所述微量元素调节剂用于在所述高介电常数添加剂的基础上进一步降低可发性聚苯乙烯珠粒的密度；所述微量元素调节剂为金属粉或导电非金属。

具体地，相较于钛酸钡，钛酸锶钡和钛酸铜钡具有更高的介电常数。但是由于即使采用钛酸铜钙，平均表观密度仍高达0.23g/cm³，因此在该示例性实施例中，选用金属粉或导电非金属作为添加剂，以提高混合材料的介电常数，降低混合材料的密度。而在一示例性实施例中，金属粉如金、银、铜、铝等导电性能良好的金属，或者石墨、石墨烯、碳纳管等。

经过大量实验，我们优选用铝银粉、银粉和石墨烯分别实验，在混合材料配方相同的情况下，混合材料的介电常数ε符合下面公式：

铝银粉ε＜银粉ε＜石墨烯ε

银粉容易氧化，碳纳管导电性能最好，电磁相应最快，但是价格太贵，经过综合考虑最后选用铝银粉。市场价格P符合：铝银粉P＜银粉P＜石墨烯P。

铝粉因具有银白色金属光泽，所以俗称铝银粉或银粉，其化学成份实为“铝”，并非“银”。应用范围：粉末涂料、油墨、塑胶色母粒、印刷、仿金纸、仿金卡、金胶片、纺织品，但在水性漆及带酸碱的油漆中使用会氧化变黑。

质量26.98，相对密度2.55，纯度99.5%的铝熔点为685度，沸点2065度，熔化潜热323kj/g，铝有还原性，极易氧化，在氧化过程中放热。急剧氧化时每克放热15.5 kj/g，铝是延展性金属，易加工。金属铝表面的氧化膜膜透明、且有很好的化学稳定性。

颜料用的铝粉是指粒子呈鳞片状，表面包覆处理它使用起来简便，故产量和用量更大，价格便宜，容易获得。

通过大量的实验，我们得到表观密度在0.15-0.20g/cm³之间透镜材料，使直径为1000mm的透镜的重量降低到80Kg。另外，通过工艺和材料配方无数次优化，最终，我们将透镜的表观密度控制在0.04-0.06g/cm³之间，使直径为1000mm的透镜的重量降低到30Kg以下，单人基本可以搬动。

具体地，介质材料的配方和实验数据如下：

通过以上数据分析清洗，我们获得了添加剂与EPS的最佳组合，既满足电性能要求，有满足透镜重量轻的要求。

因此，综上所述，最优选地（结合密度、介电常数和价格），在一示例性实施例中，所述高介电常数添加剂为钛酸铜钡，所述微量元素调节剂为铝粉。

更优地，在一示例性实施例中，所述采用复合高介电常数添加剂制备介电常数不同的可发性聚苯乙烯珠粒包括：

将聚苯乙烯单体、复合高介电常数添加剂、引发剂、分散剂、水和发泡剂加入反应釜中，聚合后得到含发泡剂的树脂颗粒；

经洗涤、离心分离和干燥，制得介电常数不同的可发性聚苯乙烯珠粒产品。

理论上，球形龙伯透镜其介电常数从内层到表面满足2到1的变化规律。因此，介电常数不同的可发性聚苯乙烯珠粒产品用于分别制作每一个不同介电常数的透镜层。

更优地，在一示例性实施例中，所述将所述可发性聚苯乙烯珠粒进行发泡和熟化形成发泡珠包括：

将所述可发性聚苯乙烯珠粒倒入间歇式预发泡机，进行预发泡；优选地，预发泡机采用100℃的空气（或者水蒸气）进行20~30倍的预发泡；

放置一段时间使得预发泡后的珠粒进行熟化；优选地，放置时间为24小时；

将熟化后的发泡珠进行筛选，使不同比例的复合材料的发泡珠的直径尽可能一致，按照设计分组存放。

另外，每组发泡珠先热塑成厚度为2~5mm，直径为40~45mm的圆盘，测试各组介电常数、介电损耗和密度，检测是否与设计一致，若不一致，需要重新改变配方，直至满足设计要求。

更优地，在一示例性实施例中，所述将熟化的发泡珠粒进行模塑成型包括：

将已经熟化分组的发泡珠投放至泡塑成型机，加热一段时间，在材料膨胀的同时，粒子表面相互因热的作用融合成泡塑件；

经降温和脱模后，送至烤箱中加热回火。

更优地，泡塑成型机放置有铝或者铁铸件制造的模具，用115~120℃的空气（或者水蒸气）加热5~10分钟。

而对于不同层的模塑件加工成型。需要再次测试各组介电常数、介电损耗和密度，检测是否与设计一致，若不一致，需要按照上面的程序重新调试，直至满足设计要求。

由于透镜是由多层球壳组合而成，因此需要首先确定球的层数、每一层球壳的半径和厚度。

层数：介电常数的径向分布从2连续地过渡到1。介电常数的这种变化规律，很难实现， 自然界并不存在介电常数均匀连续变化的介质，因此就产生了分层制造的构想。分层可选4~ 50层。由用途、球的大小和制造工艺等决定。

层厚：球壳每层厚度H＜λ/2，λ为入射波波长，若H＞λ/2，这时进入透镜的一部分电波在传播过程中由于受临近层的反射而产生损耗，为了避免损耗，通常选择每层厚度＜λ/4。

层半径与介电常数：根据介电常数与半径比公式ε=2-（r/R）2我们制作了表3 介电常数与半径比关系曲线图。当r / R确定之后，就可求出外层总厚度，总厚度除以λ/4可得层数。 每层的介电常数可用平均介电常数求出。

介电常数的公差：根据已具备的条件、预发和成型工艺等确定每层介电常数公差。通常情况下取±0.02，中心球核介电常数公差取±0.01。

同心度：各层同心度 ＜0.4mm。

介质损耗：

介质损耗公式：损耗 ( dB) =

λ为波长，ε为介电常数，δ为损耗角，D为电磁波通过的介质厚度。

分别计算出7层和8层透镜的参数如下：

层数	7层	6层	5层	4层	3层	2层	1层（核）
									介电常数ε	1.072	1.214	1.357	1.500	1.643	1.786	1.929
圆弧外径R（mm）	500.0	463.5	422.5	378.5	328.0	269.0	189.0
									圆球厚度r（mm）	36.5	41.0	44.0	50.5	59.0	80.0	189
层数	8层	7层	6层	5层	4层	3层	2层	1层(核)
									介电常数ε	1.063	1.188	1.313	1.438	1.563	1.688	1.813	1.938
圆弧外径R（mm）	500.0	467.5	432.5	395.5	353.5	306.5	250.0	176.5
									圆球厚度r（mm）	32.0	35.0	38.0	41.0	48.0	56.0	73.0	177

更优地，在一示例性实施例中，所述球形为圆球形或椭球形，所述将成型后的模塑制成球形包括：

将发泡熟化后的不同介电常数的聚苯乙烯泡珠，分别注入球核、不同层别的正五边形、不同层别的正六边形的磨具中，按照层别分别成型；

将成型后的球核安装在磨具上，再在球核上依次安装正五边形、正六边形，直至内层介质层安装完毕。

另外，对于球或椭球成型及其组装工艺，由于加工无法加工一个多层整球，为了便于生产，先分别通过磨具生产多种半径的半个球壳，再将多种半径的半球壳组装成一个半球，最后将两个半球组装在一起，形成一个整球。这种方式的优点是半球壳一次成型，效率高。

但是，本申请是为了解决大尺寸透镜，因此透镜尺寸都比较大。因此磨具也很大，难于加工，易于变形，精度保证不了，组装时，由于存在误差，层间距较大，影响透镜的质量。因此难以采用上述方式。

为了减少加工误差，我们将每个球壳分解成正五边形和正六边形的圆弧。这样难于加工的球壳就变成了n个正五边形和正六边形的圆弧，而正五边形和正六边形的圆弧就比较容易加工，也可以很容易组装成球壳。

因此，更优地，在一示例性实施例中，所述在球核上依次安装正五边形、正六边形，直至内层介质层安装完毕包括：

在球核或介质球上涂覆硅胶；

在球核或介质球的顶部粘贴第一个正五边形的圆弧介质块；注意相互间距＜0.3mm；

在第一个正五边形的圆弧介质块的各个直边粘贴第一圈五个正六边形的圆弧介质块；

在第一圈五个正六边形的圆弧介质块的缺口再依次间隔粘贴第二圈五个正五边形的圆弧介质块和五个正六边形的圆弧介质块；

再依次间隔粘贴第三圈五个正五边形的圆弧介质块和五个正六边形的圆弧介质块；

在第三圈五个正五边形的圆弧介质块的缺口依次粘贴五个正六边形圆弧介质块；

将最后一块正五边形的圆弧介质块嵌入空缺部位，组成一个整体的介质球；

放入半球壳模具挤压整形所述介质球。

另外，在将成型后的模塑制成球形之后，还包括：

将介质球整体放入两个半球外罩内，在外罩边沿垫上防水硅橡胶圈，通过非金属螺钉锁紧半球外罩边沿。

更优地，在一示例性实施例中，如图4所示，图4A中，所述信道模数组件包括逆速IFFT模块、循环前缀CP模块、数模转换DAC模块、模数转换ADC模块和变频器；图4B中，所述射频TR组件包括发射机功率放大模块PA、接收机低噪声放大器模块LNA、多工器；

在发射阶段，用户需求信号上传后，外部数据中心会根据用户时空信息和数据需求进行信道和波束调度，信道模数组件通过逆速IFFT模块（图4A中的+IFFT）执行逆快速傅里叶变换IFFT，并通过循环前缀CP模块（图4A中的+CP）将循环前缀CP作为信号处理附加到信号上，其数目与发射机天线单元的数目完全相同，之后经数模转换DAC模块和变频器（图4A中的上变频器）处理后发出；信号通过信道模数组件处理后进入开关矩阵进行信道和波束调度分配，分配后的射频RF信号（图4B）进入发射机功率放大模块PA进行信号放大，放大后的RF信号进入多工器进行滤波，RF信号滤波后进入馈源阵列，再通过龙伯透镜进行光学变换，将RF信号天线增益提高后，在指定的波束发射出去；

在接收阶段，路径与所述发射阶段相反，馈源阵列通过龙伯透镜在指定的波束内接收外部发过来的RF信号，经多工器滤波后，通过接收机低噪声放大器模块LNA降噪放大进入矩阵开关；通过变频器（图4A中的下变频器）和模数转换ADC模块后，进入循环前缀CP模块（图4A中的-CP）去除信号的循环前缀CP，同时通过逆速IFFT模块（图4A中的-IFFT）执行快速傅里叶变换IFFT后进入数据流编码器解码。

更优地，在一示例性实施例中，所述n个馈源阵列包括设置于所述龙伯透镜的最大切平面的外周的其中半侧的第一馈源组G1。同时，更优地，在又一示例性实施例中，所述的n个馈源阵列还包括设置于与所述最大切平面平行的第二切平面的外周的对应半侧的第二馈源组G2。

更优地，在一示例性实施例中，所述n个馈源阵列包括设置于所述龙伯透镜的最大切平面的外周的其中半侧的第一馈源组G1。

同时，更优地，在又一示例性实施例中，所述的n个馈源阵列还包括设置于与所述最大切平面平行的第二切平面的外周的对应半侧的第二馈源组G2；

和/或：

所述的N个布设在龙伯透镜背后的馈源阵列还包括设置于与所述最大切平面平行的第三切平面的外周的对应半侧的第三馈源组G3。

（1）16波束32流的低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线

在该示例性实施例中，16波束龙伯透镜天线采用直径为1400mm的球形透镜，±45°交叉极化（或左右圆极化）馈源16个，馈源布阵见图5，其包括具有8个馈源的第一馈源组G1、具有4个馈源的第二馈源组G2、具有4个馈源的第二馈源组G3，第二馈源组G2位于第一馈源组G1的上方，第二馈源组G3位于第一馈源组G1的下方。水平方向图和垂直方向图见图6的左右。应该示例性实施例公开的天线用于超大型人口密集区域，如超大型复杂体育场、广场、超大型复杂集市、集会等场合。

（2）12波束24流的低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线

在该示例性实施例中，12波束龙伯透镜天线采用直径为1400mm的球形透镜，±45°交叉极化（或左右圆极化）馈源12个，馈源布阵见图7，其包括具有8个馈源的第一馈源组G1和具有4个馈源的第二馈源组G2，而第二馈源组G2包括位于第一馈源组G1的上方的4个。水平方向图和垂直方向图见图8的左右。应用于大型人口密集区域，如大型复杂商场、写字楼、学校、机场、车站、码头、公园、大型复杂集市、集会等场合。

（3）8波束16流的低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线

在该示例性实施例中，8波束龙伯透镜天线采用直径为1400mm的球形透镜，±45°交叉极化（或左右圆极化）馈源8个，馈源布阵见图9，其包括具有8个馈源的第一馈源组G1。水平方向图和垂直方向图见图10的左右。应用于相对人口密集区域，如大型小区、广场、学校、机场、车站、码头、公园，大型集市、集会等场合。

（4）8波束16流的低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线

在该示例性实施例中，8波束龙伯透镜天线采用直径为1000mm的球形透镜，±45°交叉极化（或左右圆极化）馈源8个，馈源布阵见图11，其包括具有4个馈源的第一馈源组G1和具有2个馈源的第二馈源组G2、具有2个馈源的第二馈源组G3，第二馈源组G2位于第一馈源组G1的上方，第二馈源组G3位于第一馈源组G1的下方。水平方向图和垂直方向图见图12的左右。应用于高楼林立的复杂城市覆盖，复杂地形的机场、车站、码头、公园等场合，中型复杂集市、集会场合。

（5）6波束12流的低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线

在该示例性实施例中，6波束龙伯透镜天线采用直径为1000mm的球形透镜，±45°交叉极化（或左右圆极化）馈源6个，馈源布阵见图13，其包括具有4个馈源的第一馈源组G1和具有2个馈源的第二馈源组G2，而第二馈源组G2包括位于第一馈源组G1的上方的2个。水平方向图和垂直方向图见图14的左右。应用于复杂城区或山城覆盖，应用于公路、铁路、桥梁等覆盖。

（6）4波束8流的低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线

在该示例性实施例中，4波束龙伯透镜天线采用直径为1000mm的球形透镜，±45°交叉极化（或左右圆极化）馈源4个，馈源布阵见图15，水平方向图和垂直方向图见图16的左右。应用于农村、城乡结合部、县市级城市覆盖。

更优地，而在又一示例性实施例中，如图17~图19所示，所述馈源阵列中的每个馈源均包括：

反射板105；

两个垂直交叉分布的半波长偶极子101，每个所述半波长偶极子均包括两个交叉极化阵子臂1011；

四个L型谐振器102，分别位于四个交叉极化阵子臂1011之间；

四个巴伦103，每个巴伦103的一端分别与其中一个交叉极化阵子臂1011的内端连接，每个巴伦103的另一端均与所述反射板105连接；

内导体108，位于四个巴伦103形成的腔体内部的底部，与反射板105连接；

两个倒U型馈电部104，位于四个巴伦103形成的腔体内部，均包括一个水平方向的耦合馈电片和两个分别与耦合馈电片两端连接的垂直传输线，所述垂直传输线还与内导体108连接；两个耦合馈电片垂直分布；

输入输出接头，设置于其中一个巴伦103的外侧底部，与所述开关矩阵切换式连接；

半波长偶极子101相较于反射板105靠近龙伯透镜，且方向指向龙伯透镜的球心。

具体地，在该示例性实施例中，实现的是双极化天线，采用两个垂直交叉分布的半波长偶极子101呈±45º交叉设计，即可实现±45º双极化宽带天线。同时这种振子（即偶极子），通常相对带宽为10%，800MHz中心频率，带宽只有80MHz，无法满足698~960 MHz之间的共 262MHz的带宽。因此，为了提高带宽，在该示例性实施例中，在半波长偶极子101之间（即四个交叉极化阵子臂1011之间）增加四个L型谐振器102，可以产生一个新的可控谐振模式，展宽带宽，并不增加天线的尺寸，只要控制耦合强度就可以实现模式可控；同时控制L型谐振器102的尺寸和阵子臂的间距，就可实现宽带天线的设计。

另外，通过倒U型馈电部104即可以改善阻抗匹配。所述倒U型馈电部104由两部分组成，两个垂直方向的传输线和水平方向的耦合馈电片。两个倒U型馈电部104呈垂直分布。同时输入输出接头107用于与外部的数据处理部件连接，从而进行数据的双向传输。

将该馈源具体应用于龙伯透镜天线时可以设置为多个（如上述示例性实施例中所示），其中半波长偶极子101相较于反射板105更加靠近龙伯透镜，且方向指向龙伯透镜的球心。

更优地，在一示例性实施例中，如图18和图19所示，所述馈源还包括：

固定介质板106，位于所述半波长偶极子101远离反射板105的一侧，分别与半波长偶极子101和L型谐振器102连接。

由于L型谐振器102需要设置于半波长偶极子101的四个交叉极化阵子臂1011之间，因此通过固定介质板106将两者的位置进行固定。

另外，可以采用如图所示的通孔固定安装方式进行固定安装。

更优地，在一示例性实施例中，每个交叉极化阵子臂1011和对应连接的L型谐振器102一体成型。

即在制作过程中，将交叉极化阵子臂1011（即偶极子）与巴伦切割一次成型。

更优地，在一示例性实施例中，如图17~图19所示，所述输入输出接头107设置为两个，分别设置于两个相邻的巴伦103的外侧底部。

更优地，在一示例性实施例中，如图18和图19所示，所述反射板105的外侧设置有一定高度的围边。

具体地，为了提高天线与天线之间的隔离度，在该示例性实施例中提高了天线反射板的围边。

更优地，在一示例性实施例中，所述围边粘贴吸收材料。

具体地，由于设置了围边，当围边提高到一定程度，就会影响天线的辐射，为此，在该示例性实施例中把围边粘贴吸收材料，专门吸收反射波，从而提高天线的效果。

更优地，如图20所示，所述交叉极化阵子臂1011的外端向反射板方向弯折。

具体地，由于透镜天线的尺寸一定的情况下，应尽可能增加天线馈源的数量，以提高天线的传输能力，因此就要求馈源之间的距离尽可能小，但是间距小就会造成天线的隔离度降低。为此，在该示例性实施例中，如图20所示，将天线的振子（即交叉极化阵子臂1011）折弯，从而减少天线之间的耦合。

下述内容采用HFSS进行分析设计，上述示例性实施例采用L型谐振器102能引入可控的谐振模式。模式的移动是由耦合强度控制。通过实物测试天线在690-960 MHz 范围内S11<-15 d B，相对带宽达到35.7%。带内隔离度大于28dB。天线增益为8.65±0.35 d Bi。H面半功率波瓣宽度为65.5±3.5°。方向图和带宽驻波示意图分别如图21和图22所示。

更优地，如图23所示，在一示例性实施例中，所述馈源可实现多频段馈源组，馈源均包括：

一个第一馈源10A，所述第一馈源10A采用上述任意一示例性实施例所述的馈源；

两个自带反射板105’的第二馈源10B，分别设置于所述第一馈源10A的两侧；所述第二馈源10B采用上述任意一示例性实施例所述的馈源，且大小小于所述第一馈源10A；并分别通过柱体109抬高。

在现阶段随着5G的运营，各大运营商希望高频段的天线频段需要覆盖1710 MHz-2690 MHz，低频段需要覆盖到698-960 MHz。对移动通信天线不仅要求尺寸的小型化，宽带阻抗匹配，还要求宽带的增益和特定的半功率波瓣宽度，还要求宽带的辐射特性。

因此在该示例性实施例中，在天线馈源组布阵中采用90º正交交叉布阵结构，这种交叉结构的天线在两个交叉极化阵子臂1011之间正好为高频阵子预留了一定的空间。为了提高天线的利用率，我们按照高低频间隔布阵的方式布阵，兼容了698-960 MHz和1710-2690 MHz 两个频段。

其中，所述第一馈源10A覆盖698-960MHz的频段，所述第二馈源10B覆盖1710MHz-2690MHz的频段。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线，其特征在于：它包括：

圆球形或者椭球形人工介质透镜；

N组±45°交叉极化馈源，所述馈源设置于所述人工介质透镜背面；

P组射频TR组件，放置于馈源的反射板背面，其中P≤N，用于实现信号收发；

P组开关矩阵，分别与所述射频TR组件对应连接，用于实现波束赋形；

P组信道模数组件，分别与所述开关矩阵对应连接；

P组数据流编码器，分别与所述信道模数组件对应连接，用于实现信道数字预编码。

2. 根据权利要求1所述的一种应用于低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线，其特征在于：所述圆球形或者椭球形人工介质透镜包括多层介电常数不同的人工介质材料层；所述圆球形或者椭球形透镜内每层人工介质材料层的介电常数由内至外从高向低变化。

3. 根据权利要求2所述的一种应用于低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线，其特征在于：所述椭球形透镜内包括有5至10层人工介质材料层，每层人工介质材料层的介电常数由内至外在3.5~1.5之间变化；所述圆球形透镜内包括有5至10层人工介质材料层，每层人工介质材料层的介电常数由内至外在2~1之间变化。

4.根据权利要求2所述的一种应用于低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线，其特征在于：所述圆球形或者椭球形透镜的制备方法包括：

利用不同配方的复合高介电常数添加剂分别添加在聚苯乙烯原料中，制备介电常数不同的可发性聚苯乙烯珠粒；

将所述可发性聚苯乙烯珠粒进行发泡和熟化形成发泡珠；

将熟化的发泡珠进行模塑成型；

将成型后的模塑制成球形。

5.根据权利要求4所述的一种应用于低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线，其特征在于：所述复合高介电常数添加剂包括高介电常数添加剂和微量元素调节剂，所述高介电常数添加剂为钛酸锶钡或钛酸铜钡，提高可发性聚苯乙烯珠粒的介电常数；所述微量元素调节剂用于在所述高介电常数添加剂的基础上进一步降低可发性聚苯乙烯珠粒的密度；所述微量元素调节剂为金属粉或导电非金属。

6.根据权利要求4或5所述的一种应用于低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线，其特征在于：所述采用复合高介电常数添加剂制备介电常数不同的可发性聚苯乙烯珠粒包括：

将聚苯乙烯单体、复合高介电常数添加剂、引发剂、分散剂、水和发泡剂加入反应釜中，聚合后得到含发泡剂的树脂颗粒；

经洗涤、离心分离和干燥，制得介电常数不同的可发性聚苯乙烯珠粒产品。

7. 根据权利要求4所述的一种应用于低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线，其特征在于：所述将所述可发性聚苯乙烯珠粒进行发泡和熟化形成发泡珠包括：

将所述可发性聚苯乙烯珠粒倒入间歇式预发泡机，进行预发泡；

放置一段时间使得预发泡后的珠粒进行熟化；

将熟化后的发泡珠进行筛选，使不同比例的复合材料的发泡珠的直径尽可能一致，按照设计分组存放。

8.根据权利要求4所述的一种应用于低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线，其特征在于：所述球形为圆球形或椭球形；当球形为圆球或椭球时，所述将成型后的模塑制成球形包括：

将发泡熟化后的不同介电常数的聚苯乙烯泡珠，分别注入球核、不同层别的正五边形、不同层别的正六边形的磨具中，按照层别分别成型；

将成型后的球核安装在磨具上，再在球核上依次安装正五边形、正六边形，直至内层介质层安装完毕。

9.根据权利要求1所述的一种应用于低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线，其特征在于：所述信道模数组件包括逆速IFFT模块、循环前缀CP模块、数模转换DAC模块、模数转换ADC模块和变频器；所述射频TR组件包括发射机功率放大模块PA、接收机低噪声放大器模块LNA、多工器；

在发射阶段，用户需求信号上传后，控制中心会根据用户时空信息和数据需求进行信道和波束调度，信道模数组件通过逆速IFFT模块执行快速傅里叶变换IFFT，并通过循环前缀CP模块将循环前缀CP作为信号处理附加到信号上，其数目与发射机天线单元的数目完全相同，之后经数模转换DAC模块和变频器处理后发出；信号通过信道模数组件处理后进入开关矩阵进行信道和波束调度分配，分配后的射频RF信号进入发射机功率放大模块PA进行信号放大，放大后的RF信号进入多工器进行滤波和混合，RF信号多工后进入馈源阵列，再通过龙伯透镜进行光学变换，将RF信号天线增益提高后，在指定的波束发射出去；

在接收阶段，信号路径与所述发射阶段相反，馈源阵列通过龙伯透镜在指定的波束内接收外部发过来的RF信号，经多工器滤波后，通过接收机低噪声放大器模块LNA降噪放大进入开关矩阵；通过变频器和模数转换ADC模块后，进入循环前缀CP模块去除信号的循环前缀，同时通过逆速IFFT模块执行快速逆傅里叶变换后进入数据流编码器解码。

10.根据权利要求1所述的一种应用于低频段5G massive MIMO龙伯透镜天线，其特征在于：所述馈源包括：

反射板；

两个垂直交叉分布的半波长偶极子，每个所述半波长偶极子均包括两个交叉极化阵子臂；

四个L型谐振器，分别位于四个交叉极化阵子臂之间；

四个巴伦，每个巴伦的一端分别与其中一个交叉极化阵子臂的内端连接，每个巴伦的另一端均与所述反射板连接；

内导体，位于四个巴伦形成的腔体内部的底部，与反射板连接；

两个倒U型馈电部，位于四个巴伦形成的腔体内部，均包括一个水平方向的耦合馈电片和两个分别与耦合馈电片两端连接的垂直传输线，所述垂直传输线还与内导体连接；两个耦合馈电片垂直分布；

输入输出接头，设置于其中一个巴伦的外侧底部，与所述开关矩阵切换式连接；

半波长偶极子相较于反射板靠近龙伯透镜，且方向指向龙伯透镜的球心。

Images