WO2021159878A1 - 通信装置、透镜天线及球透镜 - Google Patents

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刘培涛
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Abstract

本发明涉及一种通信装置、透镜天线及球透镜，所述球透镜包括介质载体与若干个介质锥体。若干个所述介质锥体均匀地布置于所述介质载体的外表面上。所述介质锥体设有三个壁面，三个所述壁面两两相连，并形成形状相同的三条棱。任意两条棱分别与所述介质锥体的中心轴线相连形成的两个面之间的夹角为120°，所述介质锥体上垂直于所述介质锥体的中心轴线的截面为等边三角形。相对于传统的采用不同材质的介质进行叠层设置来调整设计不同部位的介质填充比的方式，本实施例则是采用例如同一种材料加工出相同形状的多个介质锥体，通过将多个介质锥体均匀地装设于介质载体上即可，能大大降低制作难度，加工精度高，组装容易，可大规模量产。

Description

通信装置、透镜天线及球透镜 技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种通信装置、透镜天线及球透镜。
背景技术
随着世界范围5G网络计划的推进，在满足高增益、低副瓣、窄波束、波束覆盖范围广等性能指标要求的同时还要考虑成本要求，透镜天线既要能承载超大信息容量，又不能增加其数量。传统地，龙伯球透镜技术具有承载多天线、多波束的能力，龙伯球透镜包括由内至外依次设置的多层介质体，多层介质体的介质材料不同，且需要依次进行加工制造，工艺复杂，生产成本较高，组装效率较低。
发明内容
基于此，有必要克服现有技术的缺陷，提供一种通信装置、透镜天线及球透镜，它能够在保证性能指标的前提下，降低加工难度，提高生产效率，适合大规模生产。
其技术方案如下：一种球透镜，包括介质载体与若干个介质锥体；若干个所述介质锥体均匀地布置于所述介质载体的外表面上；所述介质锥体设有三个壁面，三个所述壁面两两相连，并形成形状相同的三条棱；任意两条棱分别与所述介质锥体的中心轴线相连形成的两个面之间的夹角为120°，所述介质锥体上垂直于所述介质锥体的中心轴线的截面为等边三角形。
上述的球透镜，一方面，由于若干个介质锥体均匀地布置于介质载体的外 表面上，且介质锥体设有形状相同的三条棱，任意两条棱分别与介质锥体的中心轴线相连形成的两个面之间的夹角为120°，介质锥体上垂直于介质锥体的中心轴线的截面为等边三角形，即介质载体外围不同方位处的介质填充比均相同，介质布置较为均匀；另一方面，介质锥体距离介质载体的中心点不同距离处垂直于介质锥体的中心轴线的横截面面积不同，也就是说介质锥体距离介质载体的中心点不同距离处的介质填充比不同，如此能保留原始透镜天线的高增益、低副瓣、窄波束、波束覆盖范围广等性能；此外，相对于传统的采用不同材质的介质进行叠层设置来调整设计不同部位的介质填充比的方式，本实施例则是采用例如同一种材料加工出相同形状的多个介质锥体，通过将多个介质锥体均匀地装设于介质载体上即可，能大大降低制作难度，加工精度高，组装容易，可大规模量产。
一种透镜天线，包括所述的球透镜，还包括与所述球透镜间隔设置的天线振子。
上述的透镜天线，一方面，由于若干个介质锥体均匀地布置于介质载体的外表面上，且介质锥体设有形状相同的三条棱，任意两条棱分别与介质锥体的中心轴线相连形成的两个面之间的夹角为120°，介质锥体上垂直于介质锥体的中心轴线的截面为等边三角形，即介质载体外围不同方位处的介质填充比均相同，介质布置较为均匀；另一方面，介质锥体距离介质载体的中心点不同距离处垂直于介质锥体的中心轴线的横截面面积不同，也就是说介质锥体距离介质载体的中心点不同距离处的介质填充比不同，如此能保留原始透镜天线的高增益、低副瓣、窄波束、波束覆盖范围广等性能；此外，相对于传统的采用不同材质的介质进行叠层设置来调整设计不同部位的介质填充比的方式，本实施例则是采用例如同一种材料加工出相同形状的多个介质锥体，通过将多个介质锥 体均匀地装设于介质载体上即可，能大大降低制作难度，加工精度高，组装容易，可大规模量产。
一种通信设备，包括所述的球透镜。
上述的通信设备，一方面，由于若干个介质锥体均匀地布置于介质载体的外表面上，且介质锥体设有形状相同的三条棱，任意两条棱分别与介质锥体的中心轴线相连形成的两个面之间的夹角为120°，介质锥体上垂直于介质锥体的中心轴线的截面为等边三角形，即介质载体外围不同方位处的介质填充比均相同，介质布置较为均匀；另一方面，介质锥体距离介质载体的中心点不同距离处垂直于介质锥体的中心轴线的横截面面积不同，也就是说介质锥体距离介质载体的中心点不同距离处的介质填充比不同，如此能保留原始透镜天线的高增益、低副瓣、窄波束、波束覆盖范围广等性能；此外，相对于传统的采用不同材质的介质进行叠层设置来调整设计不同部位的介质填充比的方式，本实施例则是采用例如同一种材料加工出相同形状的多个介质锥体，通过将多个介质锥体均匀地装设于介质载体上即可，能大大降低制作难度，加工精度高，组装容易，可大规模量产。
附图说明
图1为本发明一实施例所述的透镜天线的结构图；
图2为本发明一实施例所述的透镜天线的另一视角图；
图3为本发明一实施例所述的透镜天线的又一视角图；
图4为本发明一实施例所述的透镜天线中其中一个介质锥体装设于介质载体上的结构图；
图5为本发明一实施例以介质载体的中心点为坐标原点，以介质锥体的中 心轴线为X轴建立的X-Y坐标系的示意图；
图6为本发明一实施例所述的透镜天线的辐射方向图。
附图标记：
10、球透镜；11、介质载体；12、介质锥体；121、棱；20、天线振子。
具体实施方式
在一个实施例中，请参阅图1、图2、图4及图6，一种球透镜10，包括介质载体11与若干个介质锥体12。若干个所述介质锥体12均匀地布置于所述介质载体11的外表面上。所述介质锥体12设有三个壁面，三个所述壁面两两相连，并形成形状相同的三条棱121。任意两条棱121分别与所述介质锥体12的中心轴线相连形成的两个面之间的夹角为120°，所述介质锥体12上垂直于所述介质锥体12的中心轴线的截面为等边三角形。
上述的球透镜10，一方面，由于若干个介质锥体12均匀地布置于介质载体11的外表面上，且介质锥体12设有形状相同的三条棱121，任意两条棱121分别与介质锥体12的中心轴线相连形成的两个面之间的夹角为120°，介质锥体12上垂直于介质锥体12的中心轴线的截面为等边三角形，即介质载体11外围不同方位处的介质填充比均相同，介质布置较为均匀；另一方面，介质锥体12距离介质载体11的中心点不同距离处垂直于介质锥体12的中心轴线的横截面面积不同，也就是说介质锥体12距离介质载体11的中心点不同距离处的介质填充比不同，如此能保留原始透镜天线的高增益、低副瓣、窄波束、波束覆盖范围广等性能；此外，相对于传统的采用不同材质的介质进行叠层设置来调整设计不同部位的介质填充比的方式，本实施例则是采用例如同一种材料加工出相同形状的多个介质锥体12，通过将多个介质锥体12均匀地装设于介质载体 11上即可，能大大降低制作难度，加工精度高，组装容易，可大规模量产。
进一步地，请参阅图1至图4，所述介质载体11为球体或正多面体。如此，有利于提高介质载体11外围不同方位处的介质布置均匀性，从而能保留原始透镜天线的性能指标要求。
在一个实施例中，所述介质载体11为正四面体，所述介质锥体12为四个，四个所述介质锥体12分别设置于所述正四面体的四个面的中部。
在一个实施例中，所述介质载体11为正六面体，所述介质锥体12为六个，六个所述介质锥体12分别设置于所述正六面体的六个面的中部。
在一个实施例中，所述介质载体11为正八面体，所述介质锥体12为八个，八个所述介质锥体12分别设置于所述正八面体的八个面的中部。
在一个实施例中，所述介质载体11为正十二面体，所述介质锥体12为十二个，十二个所述介质锥体12分别设置于所述正十二面体的十二个面的中部。
在一个实施例中，请参阅图1至图4，所述介质载体11为正二十面体，所述介质锥体12为二十个，二十个所述介质锥体12分别设置于所述正二十面体的二十个面的中部。
进一步地，请参阅图1至图5，所述介质锥体12的中心轴线经过所述介质锥体12的中心。如此，对于不同的介质锥体12而言，它们的中心轴线上距离介质载体11的中心点任一距离R处的横截面形状均为正三角形且面积均相同，且该多个横截面分别为以该距离R为半径，介质载体11的中心点为球心的球体所内接的正多面体的多个面，也就是说介质载体11外围不同方位处的介质布置均匀性较高，从而能保留原始透镜天线的性能指标要求。
进一步地，所述介质载体11的外表面上设有与所述介质锥体12相适应的安装孔，所述介质锥体12插装固定于所述安装孔中。具体而言，介质锥体12 插入到介质载体11的安装孔内的深度不进行限定，只要能实现介质锥体12插装固定于介质载体11上即可。此外，介质锥体12在介质载体11上的固定方式也不进行限制，可以是卡接固定装配方式，也可以是螺钉螺栓等可拆卸地安装方式，也可以是采用胶体相互粘接固定的方式。
作为一个可行的方案，介质载体11与介质锥体12为一体化结构，例如采用同一种介质材料一体注塑成型得到，或者采用3D打印方式制造得到，也可以采用挤压拉伸成型的方式得到。
进一步地，所述安装孔的侧壁设有卡孔，所述介质锥体12用于插入到所述安装孔内的端部壁面上设有卡块，所述卡块卡接固定于所述卡孔中。或者，所述安装孔的侧壁设有卡块，所述介质锥体12用于插入到所述安装孔内的端部壁面上设有卡孔，所述卡块卡接固定于所述卡孔中。如此，能实现介质锥体12快速地组装固定到介质载体11上，能便于加工制造，适于批量大规模化生产，成本低廉，且有利于加工精度的提高。
作为一个示例，所述介质载体11与所述介质锥体12的介质材质相同。如此，能便于加工制造，适于批量大规模化生产，成本低廉，且有利于加工精度的提高。
作为一个示例，所述介质锥体12也可以包括不同材质的两个以上介质体相互连接形成，本实例中不进行限制。举例而言，介质锥体12包括沿其中心轴线的方向依次设置的两个介质块，两个介质块的材质不同，并采用拼接地方式构成介质锥体12。
在一个实施例中，介质锥体12上垂直于其中心轴线的方向的横截面的面积沿着其中心轴线并远离于介质载体11的方向上先增大后变小。也就是说，透镜天线上的部位与介质载体11的中心点的距离不同时，相应介质填充比不同，具 体是先逐渐增大，然后逐渐减小，从而能保留原始透镜天线的性能指标要求。
进一步地，以所述介质载体11的中心为圆点，所述介质锥体12的中心轴线为X轴，建立X-Y坐标系，Y轴位于X轴与所述介质载体11的棱121所构成的面上，所述介质载体11的棱121上的任意一点在X-Y坐标系中的坐标记为(R,L),R与L满足关系式：
Figure PCTCN2020140964-appb-000001
其中，ε p为介质锥体12的介电常数，f为介质载体11的中心与天线振子20之间的距离，a为介质锥体12上远离于所述介质载体11的顶点与介质载体11的中心点之间的距离。
在一个实施例中，请参阅图1至图4，一种透镜天线，包括上述任一实施例所述的球透镜10，还包括与所述球透镜10间隔设置的天线振子20。
上述的透镜天线，一方面，由于若干个介质锥体12均匀地布置于介质载体11的外表面上，且介质锥体12设有形状相同的三条棱121，任意两条棱121分别与介质锥体12的中心轴线相连形成的两个面之间的夹角为120°，介质锥体12上垂直于介质锥体12的中心轴线的截面为等边三角形，即介质载体11外围不同方位处的介质填充比均相同，介质布置较为均匀；另一方面，介质锥体12距离介质载体11的中心点不同距离处垂直于介质锥体12的中心轴线的横截面面积不同，也就是说介质锥体12距离介质载体11的中心点不同距离处的介质填充比不同，如此能保留原始透镜天线的高增益、低副瓣、窄波束、波束覆盖范围广等性能；此外，相对于传统的采用不同材质的介质进行叠层设置来调整设计不同部位的介质填充比的方式，本实施例则是采用例如同一种材料加工出相同形状的多个介质锥体12，通过将多个介质锥体12均匀地装设于介质载体11上即可，能大大降低制作难度，加工精度高，组装容易，可大规模量产。
请参阅图6，图6为一实施例采用透镜半径为80mm、半功率波宽为32度的所述的透镜天线的辐射方向图，从图6可以看出，辐射频率为3.4GHZ、3.5GHZ及3.6GHZ时，相应的单个振子的增益均由原始的7dB增加到14.9dB，即上述实施例中的透镜天线能保留原始透镜天线的性能指标要求。
在一个实施例中，一种通信设备，包括以上任意一实施例所述的球透镜10。
上述的通信设备，一方面，由于若干个介质锥体12均匀地布置于介质载体11的外表面上，且介质锥体12设有形状相同的三条棱121，任意两条棱121分别与介质锥体12的中心轴线相连形成的两个面之间的夹角为120°，介质锥体12上垂直于介质锥体12的中心轴线的截面为等边三角形，即介质载体11外围不同方位处的介质填充比均相同，介质布置较为均匀；另一方面，介质锥体12距离介质载体11的中心点不同距离处垂直于介质锥体12的中心轴线的横截面面积不同，也就是说介质锥体12距离介质载体11的中心点不同距离处的介质填充比不同，如此能保留原始透镜天线的高增益、低副瓣、窄波束、波束覆盖范围广等性能；此外，相对于传统的采用不同材质的介质进行叠层设置来调整设计不同部位的介质填充比的方式，本实施例则是采用例如同一种材料加工出相同形状的多个介质锥体12，通过将多个介质锥体12均匀地装设于介质载体11上即可，能大大降低制作难度，加工精度高，组装容易，可大规模量产。

Claims (10)

  1. 一种球透镜，其特征在于，包括介质载体与若干个介质锥体；若干个所述介质锥体均匀地布置于所述介质载体的外表面上；所述介质锥体设有三个壁面，三个所述壁面两两相连，并形成形状相同的三条棱；任意两条棱分别与所述介质锥体的中心轴线相连形成的两个面之间的夹角为120°，所述介质锥体上垂直于所述介质锥体的中心轴线的截面为等边三角形。
  2. 根据权利要求1所述的球透镜，其特征在于，所述介质载体为球体或正多面体。
  3. 根据权利要求2所述的球透镜，其特征在于，所述介质载体为正四面体，所述介质锥体为四个，四个所述介质锥体分别设置于所述正四面体的四个面的中部；或者，
    所述介质载体为正六面体，所述介质锥体为六个，六个所述介质锥体分别设置于所述正六面体的六个面的中部；或者，
    所述介质载体为正八面体，所述介质锥体为八个，八个所述介质锥体分别设置于所述正八面体的八个面的中部；或者，
    所述介质载体为正十二面体，所述介质锥体为十二个，十二个所述介质锥体分别设置于所述正十二面体的十二个面的中部；或者，
    所述介质载体为正二十面体，所述介质锥体为二十个，二十个所述介质锥体分别设置于所述正二十面体的二十个面的中部。
  4. 根据权利要求3所述的球透镜，其特征在于，所述介质锥体的中心轴线经过所述介质锥体的中心。
  5. 根据权利要求1所述的球透镜，其特征在于，所述介质载体的外表面上设有与所述介质锥体相适应的安装孔，所述介质锥体插装固定于所述安装孔中。
  6. 根据权利要求5所述的球透镜，其特征在于，所述安装孔的侧壁设有卡 孔，所述介质锥体用于插入到所述安装孔内的端部壁面上设有卡块，所述卡块卡接固定于所述卡孔中；或者，所述安装孔的侧壁设有卡块，所述介质锥体用于插入到所述安装孔内的端部壁面上设有卡孔，所述卡块卡接固定于所述卡孔中。
  7. 根据权利要求1所述的球透镜，其特征在于，所述介质载体与所述介质锥体的介质材质相同；或者，所述介质锥体包括不同材质的两个以上介质体相互连接形成。
  8. 根据权利要求1至7任意一项所述的球透镜，其特征在于，以所述介质载体的中心为圆点，所述介质锥体的中心轴线为X轴，建立X-Y坐标系，Y轴位于X轴与所述介质载体的棱所构成的面上，所述介质载体的棱上的任意一点在X-Y坐标系中的坐标记为(R,L),R与L满足关系式：
    Figure PCTCN2020140964-appb-100001
    其中，ε p为介质锥体的介电常数，f为介质载体的中心与天线振子之间的距离，a为介质锥体上远离于所述介质载体的顶点与介质载体的中心点之间的距离。
  9. 一种透镜天线，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的球透镜，还包括与所述球透镜间隔设置的天线振子。
  10. 一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的球透镜。
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