CN115020990A - 龙勃透镜天线 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了龙勃透镜天线。包括辐射单元阵列、反射装置和球形龙勃透镜；辐射单元阵列包括第一双极化辐射单元和围绕第一双极化辐射单元设置多个第二双极化辐射单元；第一双极化辐射单元和各第二双极化辐射单元排布在反射装置的反射面一侧，并分别与球形龙勃透镜相邻；辐射单元阵列用于向多个方向辐射电磁信号，球形龙勃透镜用于传播电磁信号，以形成多个方向的天线波束，多个方向的天线波束包括中心波束和围绕中心波束的多个非中心波束。该实现方式提供了一种能够进行多扇区信号完整覆盖的龙勃透镜天线，具有更强的旁瓣抑制能力，可提高天线增益，并且结构简单，成本更低，便于调试。

Description

龙勃透镜天线

技术领域

本申请实施例涉及通信领域，具体涉及龙勃透镜天线。

背景技术

随着通信技术的发展，越来越多的场所需要进行信号覆盖。例如，在场馆等应用场景中，需要保证天线具有足够大的信号覆盖区域以及较强的增益，以满足用户通信需求。

现有的场馆天线仅能覆盖一个扇区，若需要实现多扇区信号完整覆盖，则需要在同一位置设置多个天线，导致成本较高，调试难度较大；此外，现有的场馆天线对于水平30度内的旁瓣控制较为困难，故天线增益较低。

发明内容

本申请实施例提出了龙勃透镜天线，以解决现有技术中场馆天线的增益较低以及在实现多扇区信号覆盖时成本较高、调试难度较大的技术问题。

本申请实施例提供了一种龙勃透镜天线，包括：辐射单元阵列、反射装置和球形龙勃透镜；所述辐射单元阵列包括第一双极化辐射单元和围绕所述第一双极化辐射单元设置多个第二双极化辐射单元；所述第一双极化辐射单元和各第二双极化辐射单元排布在所述反射装置的反射面一侧，并分别与所述球形龙勃透镜相邻；所述辐射单元阵列用于向多个方向辐射电磁信号，所述球形龙勃透镜用于传播所述电磁信号，以形成多个方向的天线波束，所述多个方向的天线波束包括中心波束和围绕所述中心波束的多个非中心波束。

在一些实施例中，所述反射装置包括第一反射板和围绕所述第一反射板设置的多个第二反射板；所述第一双极化辐射单元设置于所述第一反射板的反射面一侧；所述多个第二双极化辐射单元与所述多个第二反射板一一对应，且每个第二双极化辐射单元设置于所对应的第二反射板的反射面一侧。

在一些实施例中，所述多个方向的天线波束中各天线波束具有相同的半功率水平波束宽度，且具有相同的半功率垂直波束宽度，所述半功率水平波束宽度与所述半功率垂直波束宽度相等。

在一些实施例中，所述龙勃透镜天线还包括防护罩；所述防护罩与所述球形龙勃透镜相连接，并与所述球形龙勃透镜之间形成空腔，所述辐射单元阵列和所述反射装置位于所述空腔内。

在一些实施例中，所述龙勃透镜天线还包括多条馈线和多个端口；所述防护罩开设有多个通孔，用于穿入所述多条馈线。所述端口设置于所述防护罩的外部。

在一些实施例中，每条馈线包括第一端和第二端；所述辐射单元阵列中的每个双极化辐射单元与至少一条馈线的第一端相连接，每条馈线的第二端与一个端口相连接。

在一些实施例中，当所述辐射单元阵列中的每个双极化辐射单元与至少两条馈线的第一端相连接时，所述至少两条馈线的第二端所连接的至少两个端口用于传输不同频段的电磁信号。

在一些实施例中，所述辐射单元阵列中的各双极化辐射单元与所述球形龙勃透镜之间具有间隔，且各双极化辐射单元与所述球形龙勃透镜的间隔距离相同。

在一些实施例中，在所述辐射单元阵列包括1个第一双极化辐射单元和围绕所述第一双极化辐射单元设置的6个第二双极化辐射单元时，所述龙勃透镜天线的波束覆盖角度为150度。

本申请实施例提供的龙勃透镜天线，通过在反射装置的反射面一侧设置包含第一双极化辐射单元和多个第二双极化辐射单元的辐射单元阵列，能够实现多个方向的电磁信号辐射；通过将球形龙波透镜设置于第一双极化辐射单元和各第二双极化辐射单元的临近处，可以形成多个方向的天线波束，其中，各第二双极化辐射单元围绕第一双极化辐射单元设置，多个方向的天线波束包括中心波束和围绕中心波束的多个非中心波束。由此，提供了一种能够进行多扇区信号完整覆盖的龙勃透镜天线，结构简单，成本更低，便于调试。此外，该结构具有更强的旁瓣抑制能力，从而提高了天线增益。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请实施例的龙勃透镜天线的立体结构示意图之一；

图2是本申请实施例的龙勃透镜天线的立体信号覆盖示意图；

图3是本申请实施例的龙勃透镜天线的其中一个波束的水平方向图；

图4是本申请实施例的龙勃透镜天线的其中一个波束的垂直方向图；

图5是本申请实施例的龙勃透镜天线的立体结构示意图之二。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1，其示出了根据本申请的龙勃透镜天线的结构示意图。该龙勃透镜天线包括辐射单元阵列101、反射装置102和球形龙勃透镜103。上述辐射单元阵列101包括第一双极化辐射单元和围绕上述第一双极化辐射单元设置多个第二双极化辐射单元；上述第一双极化辐射单元101和各第二双极化辐射单元排布在上述反射装置102的反射面一侧，并分别与上述球形龙勃透镜103相邻。

第一双极化辐射单元和各第二双极化辐射单元可以根据需求进行选择，例如，可以是折合振子、交叉偶振子阵形状排布的偶极振子等，在此不做具体限定。辐射单元阵列101中的每个双极化辐射单元(即第一双极化辐射单元和各第二双极化辐射单元)均能够发送电磁信号。由于第一双极化辐射单元和各第二双极化辐射单元的布置位置和方向不同，因此上述辐射单元阵列101可用于向多个方向辐射电磁信号。

反射装置102可用于增大反射的电磁信号的强度。可以理解的是，由于天线具有可逆性，因此辐射单元阵列101中的每个双极化辐射单元(即第一双极化辐射单元和各第二双极化辐射单元)也能够接收电磁信号，因此，上述辐射单元阵列101也可用于接收多个方向辐射的电磁信号。相应的，反射装置102可用于增大接收的电磁信号的强度。

球形龙勃透镜103可用于传播上述电磁信号。由于辐射单元阵列101能够向多个方向辐射电磁信号，因此电磁信号在龙勃透镜中传播后，可形成多个方向的天线波束。由于辐射单元阵列101包括第一双极化辐射单元和围绕第一双极化辐射单元设置的多个第二双极化辐射单元，因此球形龙勃透镜103形成多个方向的天线波束中，包括中心波束和围绕上述中心波束的多个非中心波束。

以辐射单元阵列包括7个双极化辐射单元(即1个第一双极化辐射单元和围绕上述第一双极化辐射单元设置的6个第二双极化辐射单元)为例，图2示出了该结构龙勃透镜天线的立体信号覆盖示意图。如图2所示，通过内部使用一个中心波束进行填充，可实现多扇区信号的完整覆盖。在此示例中，龙勃透镜天线可以实现150度角度的覆盖。需要说明的是，覆盖角度不限于150度，也可以满足40°至150°之间的任意角度覆盖需求。

现有技术中的场馆天线，形成一个波束需要使用5-7个辐射单元。若需实现7个扇区的完整覆盖，则需要形成7个波束，故需要使用7个场馆天线，共需使用35至49个辐射单元。相比于现有技术，本申请实施例的龙勃透镜天线使用的辐射单元数量更少，结构更加简单，易于生产，易于调整，能满足大批量规模化生产需求。同时，实现相同功能所需的天线数量较少，从而可减少天线安装点的数量，大幅减少建设和维护成本。

此外，球形龙勃透镜可以对电磁信号进行汇聚和发散。球形龙勃透镜内部的每一层都由不同材料制造，每层材料的折射率都不一样。通常来说，球形龙勃透镜从外到内材料的介电常数是梯度变化的，从而导致了电磁信号在其内部传播时拐弯，最后被以球心对称的方式折射回去并放大。球形龙勃透镜可以将任意方向入射的特定波长的电磁波汇聚到球面上的某一个点。同样的，它也可以将电磁波沿着原方向反射回去，从而具有较好的增益效果。

作为示例，图3示出了本申请实施例的龙勃透镜天线的其中一个波束的水平方向图，图4示出了是本申请实施例的龙勃透镜天线的其中一个波束的垂直方向图。图3和图4中的“0°”、“30°”、“60°”等(不一一赘述)为角度。图中的“0”、“-10”、“-20”等(不一一赘述)为dB(decibel)。在本示例中，龙勃透镜天线均可工作于2170MHz频点。由水平方向图和垂直方向图可知，通过球形龙勃透镜，可使得30度内的旁瓣抑制大于-20dB，优于传统场馆天线(传动场馆天线对30度内的旁瓣抑制大于-17dB)，从而提升了天线增益。

本申请实施例提供的龙勃透镜天线，通过在反射装置的反射面一侧设置包含第一双极化辐射单元和多个第二双极化辐射单元的辐射单元阵列，能够实现多个方向的电磁信号辐射；通过将球形龙波透镜设置于第一双极化辐射单元和各第二双极化辐射单元的临近处，可以形成多个方向的天线波束，其中，各第二双极化辐射单元围绕第一双极化辐射单元设置，多个方向的天线波束包括中心波束和围绕中心波束的多个非中心波束。由此，提供了一种能够进行多扇区信号完整覆盖的龙勃透镜天线，结构简单，成本更低，便于调试。此外，该结构具有更强的旁瓣抑制能力，从而提高了天线增益。

在一些可选的实施例中，上述反射装置可以包括第一反射板和围绕第一反射板设置的多个第二反射板。第一双极化辐射单元可设置于第一反射板的反射面一侧。多个第二双极化辐射单元可以与上述多个第二反射板一一对应，且每个第二双极化辐射单元可设置于所对应的第二反射板的反射面一侧。由此，每个双极化辐射单元发送的电磁信号均可被增强，且可保证增强效果相同。需要说明的是，不同反射板之间既可以相互独立间隔设置，也可以相互连接，此处不作具体限定。

在一些可选的实施例中，上述多个方向的天线波束中，各天线波束可具有相同的半功率水平波束宽度，且具有相同的半功率垂直波束宽度。其中，半功率水平波束宽度与半功率垂直波束宽度可以相等。作为示例，本实施例中的龙勃透镜天线的工作频段可以位于1710MHz至2170MHz。针对1.8G和2.1G频段的半功率水平波束宽度和垂直波束宽度可均为24度至27度。其中，波束宽度指的是在最大辐射方向两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角。水平波束宽度是指在水平方向上，在最大辐射方向两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角。垂直波束宽度是指在垂直方向上，在最大辐射方向两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角。天线辐射的大部分能量都集中在波束宽度内，波束宽度的大小反映了天线的辐射集中程度。在场馆场景中，通过提高半功率水平波束宽度与半功率垂直波束宽度的一致性，可便于对覆盖区域规划。

在一些可选的实施例中，参见图5所示，龙勃透镜天线还可以包括防护罩104。防护罩104可以与球形龙勃透镜103相连接，并与球形龙勃透镜103之间形成空腔。辐射单元阵列101和反射装置102可位于空腔内。由此，可保护辐射单元阵列101和反射装置102不易受到损坏。

在一些可选的实施例中，参见图5所示，龙勃透镜天线还可以包括多条馈线105和多个端口106。其中，馈线即连接龙勃透镜天线与发射机或接收机的导线，又称电缆线，起传输信号的作用。它的主要任务是有效地传输信号能量，将发射机发出的信号功率以最小的损耗传送到天线的输入端，或将天线接收到的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，同时本身不应产生杂散干扰信号。上述防护罩104可以开设有多个通孔，用于穿入馈线105，由此，防护罩104还可进一步保护馈线105不受到损坏。上述端口106可设置于防护罩104的外部，以便于与发射机或接收机进行连接。可通过对信号进行分频，来实现多个端口的输出。

在一些可选的实现方式中，上述馈线105可以为同轴馈线。同轴馈线的两根导线为芯线和屏蔽铜网。因铜网接地，两根导线对地不对称，因此也叫做不对称式或不平衡式传输线。同轴馈线工作频率范围宽、损耗小，对静电耦合有一定的屏蔽作用。

在一些可选的实施例中，每条馈线105可以包括第一端和第二端。上述辐射单元阵列101中的每个双极化辐射单元(包括第一双极化辐射单元和第二双极化辐射单元)与至少一条馈线105的第一端相连接，每条馈线的第二端与一个端口106相连接。

在一些可选的实施例中，当上述辐射单元阵列101中的每个双极化辐射单元可以与至少两条馈线105的第一端相连接时，上述至少两条馈线的第二端所连接的至少两个端口106可用于传输不同频段的电磁信号。由此，可实现不同频段的电磁信号的接收与发送。

在一些可选的实施例中，辐射单元阵列中的各双极化辐射单元与球形龙勃透镜之间可具有间隔，且各双极化辐射单元与球形龙勃透镜的间隔距离可以相同，例如，可均为1厘米或2厘米等。由此，可以保证波束的半功率水平波束宽度与半功率垂直波束宽度的一致性，以便于对覆盖区域规划。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种龙勃透镜天线，其特征在于，包括：辐射单元阵列、反射装置和球形龙勃透镜；

所述辐射单元阵列包括第一双极化辐射单元和围绕所述第一双极化辐射单元设置多个第二双极化辐射单元；

所述第一双极化辐射单元和各第二双极化辐射单元排布在所述反射装置的反射面一侧，并分别与所述球形龙勃透镜相邻；

所述辐射单元阵列用于向多个方向辐射电磁信号，所述球形龙勃透镜用于传播所述电磁信号，以形成多个方向的天线波束，所述多个方向的天线波束包括中心波束和围绕所述中心波束的多个非中心波束。

2.根据权利要求1所述的龙勃透镜天线，其特征在于，所述反射装置包括第一反射板和围绕所述第一反射板设置的多个第二反射板；

所述第一双极化辐射单元设置于所述第一反射板的反射面一侧；

所述多个第二双极化辐射单元与所述多个第二反射板一一对应，且每个第二双极化辐射单元设置于所对应的第二反射板的反射面一侧。

3.根据权利要求1所述的龙勃透镜天线，其特征在于，所述多个方向的天线波束中各天线波束具有相同的半功率水平波束宽度，且具有相同的半功率垂直波束宽度，所述半功率水平波束宽度与所述半功率垂直波束宽度相等。

4.根据权利要求1所述的龙勃透镜天线，其特征在于，所述龙勃透镜天线还包括防护罩；

所述防护罩与所述球形龙勃透镜相连接，并与所述球形龙勃透镜之间形成空腔，所述辐射单元阵列和所述反射装置位于所述空腔内。

5.根据权利要求4所述的龙勃透镜天线，其特征在于，所述龙勃透镜天线还包括多条馈线和多个端口；

所述防护罩开设有多个通孔，用于穿入所述多条馈线。

所述端口设置于所述防护罩的外部。

6.根据权利要求5所述的龙勃透镜天线，其特征在于，每条馈线包括第一端和第二端；

所述辐射单元阵列中的每个双极化辐射单元与至少一条馈线的第一端相连接，每条馈线的第二端与一个端口相连接。

7.根据权利要求6所述的龙勃透镜天线，其特征在于，当所述辐射单元阵列中的每个双极化辐射单元与至少两条馈线的第一端相连接时，所述至少两条馈线的第二端所连接的至少两个端口用于传输不同频段的电磁信号。

8.根据权利要求1所述的龙勃透镜天线，其特征在于，所述辐射单元阵列中的各双极化辐射单元与所述球形龙勃透镜之间具有间隔，且各双极化辐射单元与所述球形龙勃透镜的间隔距离相同。

9.根据权利要求1所述的龙勃透镜天线，其特征在于，在所述辐射单元阵列包括1个第一双极化辐射单元和围绕所述第一双极化辐射单元设置的6个第二双极化辐射单元时，所述龙勃透镜天线的波束覆盖角度为150度。

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