一种小型化介质圆柱透镜多波束天线制造技术

本发明专利技术提供的小型化介质圆柱透镜多波束天线，属于天线领域，包括双极化透镜单波束单元，其包括垂直透镜单波束单元和水平透镜单波束单元；垂直透镜单波束单元和水平透镜单波束单元沿竖直方向排布；垂直透镜单波束单元包括圆柱透镜、带反射板的垂直极化偶极子；垂直极化偶极子的相位中心置于圆柱透镜外侧中环线的焦点；垂直极化偶极子极化方向与圆柱透镜轴线平行；水平透镜单波束单元结构与垂直透镜单波束单元相同，其轴线沿水平方向设置，本发明专利技术还提供了圆柱透镜双极化双波束单元，包括两个双极化透镜单波束单元，各自左旋30°和右旋30°叠加。本发明专利技术具有创新性，在满足移动通信“双流”模式及高增益的基础上，扩大了传统基站天线的辐射覆盖面积。

A miniaturized dielectric cylindrical lens multibeam antenna

The miniaturized medium cylindrical lens multi beam antenna provided by the invention belongs to the antenna field, including dual polarized lens single beam unit, which includes vertical lens single beam unit and horizontal lens single beam unit; vertical lens single beam unit and horizontal lens single beam unit are arranged along the vertical straight direction; vertical lens single beam unit includes cylindrical lens and vertical polarization with reflector Dipole; the phase center of the vertical polarization dipole is placed at the focus of the middle loop outside the cylindrical lens; the polarization direction of the vertical polarization dipole is parallel to the axis of the cylindrical lens; the structure of the horizontal lens single beam unit is the same as that of the vertical lens single beam unit, and its axis is set along the horizontal direction. The invention also provides the cylindrical lens dual polarization double beam unit, including two dual polarization lenses Single beam units, each 30 \u00b0 left and 30 \u00b0 right superposition. The invention has the advantages of innovation, on the basis of satisfying the mobile communication \double flow\ mode and high gain, the radiation coverage area of the traditional base station antenna is expanded.

【技术实现步骤摘要】
一种小型化介质圆柱透镜多波束天线
本专利技术涉及基站天线领域，特别涉及一种小型化介质圆柱透镜多波束天线。
技术介绍
随着移动通信4G、5G、MIMO、卫星通信、雷达、电子战等市场的需求迅速扩张，对作为无线出入口的天线提出了新的技术要求。其中最重要的是天线要能承载超大信息容量，但又不能增加天线数站址。传统移动通信基站天线，包括板状天线、各类透镜天线，其构成的天线单元，几乎都是+/-45°双极化半波长偶极子。两个偶极子相位中心重叠。两个半波偶极子在空间的辐射场分布相同且重叠，覆盖范围和距离完全相同。与分开的两个偶极子相比，场点的场强增大一倍，但带来覆盖范围受限等缺点。例如中国专利文献：CN107946774A、CN107968266A和CN107959121A所用的天线单元就是采用传统的+/-45°双极化偶极子。它的主要缺点是，波束之间存在干扰，这是由于多个+/-45°振子之间存在较强的互耦。众所周知，移动通信基站板状天线为提高增益的传统方法是相控技术。即用增加振子单元，用移相器连接，控制每个单元的相位，使在预定方向同相达到。随之，垂直波瓣宽度变窄，使波束覆盖区域变小。5G技术为了增大垂直方向覆盖，除了水平方向相控，增加了垂直方向相控。增大了覆盖区域。相控技术变得非常复杂，特别是能耗大幅上升。本专利技术是基于人工介质透镜天线技术，依靠透镜聚束电磁波的能力，无需复杂高损耗的相控网络，提高天线增益，而介质材料损耗极低，所以能耗可大幅下降。为了增大覆盖，透镜天线的一种解决方案是，在一个介质圆柱透镜外围沿高度方向布置上下两个偶极子单元，在垂直平面上形成两个不重叠波束辐射。由于上下偶极子相对圆柱透镜位置不同(即不重叠在圆柱透镜的中环线上)，导致上下偶极子的垂直方向图不重叠，但在垂直方向上，得到两个波束，一个覆盖近距离的近波束，一个覆盖远距离的远波束，从而扩大了垂直覆盖范围。不过，此方案在一个接收场点，只能收到一个波束的场强，业界称为“单流”。在移动通信现行标准中，“双流”是基站BBU传输模式的必备模式，即任一场点必须同时收到两个天线相同场强的叠加。这种称为“单流”的模式的天线在进入市场时必然会遇到瓶颈。因为，基站(包括基站主设备：电源转换、BBU、RRU、天线等)的能耗效率也一直是困扰广大天线人的一大难题，因为基站一经开通，每天、每月、每年都不能关闭的，直到换新的接着用(耗电一直下去)。因此基站是个“吃电大户”。所以无论对于运营商还是从节约地球资源的社会意义上讲，基站耗能都是一个必须面对的重要课题。而移动通信基站采用何种天线技术是重要因素之一。
技术实现思路
为解决现有技术中移动通信基站普遍存在的天线增益和垂直面辐射范围无法兼得的技术难题，且天线结构复杂，占地面积大，能耗高，本专利技术提出的小型化介质圆柱透镜多波束天线，是一种基于人工介质圆柱透镜的垂直/水平极化双流多波束天线，同时解决了现有介质透镜单流天线的缺陷，扩展了天线与介质透镜的各种结合，减少了单元天线间的互耦干扰，大大提高了介质透镜天线效率。实现了垂直方向的高增益大面积覆盖，提高了系统容量。具体技术方案如下：一种小型化介质圆柱透镜多波束天线，包括双极化透镜单波束单元，所述双极化透镜单波束单元包括垂直透镜单波束单元和水平透镜单波束单元；所述垂直透镜单波束单元和水平透镜单波束单元沿竖直方向排布，所述垂直透镜单波束单元和水平透镜单波束单元分隔间距为6-10mm；所述垂直透镜单波束单元包括圆柱透镜、反射板、垂直极化偶极子；所述垂直极化偶极子固定设置在反射板上，所述垂直极化偶极子置于圆柱透镜外侧中环线的焦点；所述垂直极化偶极子极化方向与圆柱透镜轴线平行；所述水平透镜单波束单元结构与所述垂直透镜单波束单元相同，其轴线沿水平方向设置。本专利技术还提供了一种小型化介质圆柱透镜多波束天线，包括圆柱透镜双极化双波束单元；所述圆柱透镜双极化双波束单元包含沿竖直方向排列的两个所述的双极化透镜单波束单元，其中一个双极化透镜单波束单元沿各自圆柱透镜轴线旋转+30°，另一个双极化透镜单波束单元各自圆柱透镜轴线旋转-30°。优选地，所述双极化透镜单波束单元的2个同轴头与1个RRU的2个射频端口直接连接。优选地，所述圆柱透镜的高径比为1:1.4-1.6，所述圆柱透镜直径为20-40cm。优选地，所述圆柱透镜双极化双波束单元的4个同轴头与2个RRU的4个射频端口直接连接。优选地，所述圆柱透镜由人工介质材料制成，包括多个介电常数不同的同心层，中心圆柱层表示为第1层，各同心层围绕中心圆柱层依次向外套叠排列，装配成一个多层圆柱体，所述多个同心层的介电常数由第1层向外逐层降低；所述圆柱透镜中多个同心层介电常数由第1层向外逐层降低，具体在2.05-1.05间变化，第1层介电常数为2.05，最外层介电常数为1.05。作为优选方案一、本专利技术提供了另一种小型化介质圆柱透镜多波束天线，将2个圆柱透镜双极化双波束单元沿竖直方向排布。作为优选方案二、本专利技术提供了另一种小型化介质圆柱透镜多波束天线，将将2个圆柱透镜双极化双波束单元沿水平方向排布。作为优选方案三，本专利技术提供了另一种小型化介质圆柱透镜多波束天线，将2个方案二中的多波束天线沿竖直方向排布。作为优选方案四，本专利技术提供了另一种小型化介质圆柱透镜多波束天线，将3个方案二中的多波束天线在同一水平面上沿圆周方向等间距排布。作为优选方案五，本专利技术提供了另一种小型化介质圆柱透镜多波束天线，将2个方案四中的所述的多波速天线沿竖直方向排布。优选地，本专利技术还提供了小型化介质圆柱透镜多波束天线在高铁中的应用。本专利技术的优选实施例为将1个圆柱透镜双极化单波束单元(2端口)用于60°信号覆盖，作为基本容量(即一个RRU的容量)。本专利技术的优选实施例为将1个圆柱透镜双极化双波束单元(4端口)用于120°信号覆盖，最为2倍容量。本专利技术的优选实施例将2个圆柱透镜双极化双波束单元(8端口)沿竖直方向排布，用于120°信号覆盖，作为4倍容量。本专利技术的优选实施例将2个圆柱透镜双极化双波束单元(8端口)并排排布，用于120°信号覆盖，作为4倍容量。本专利技术的优选实施例为将4(2×2)个圆柱透镜双极化双波束单元(16端口)沿竖直方向排布，用于120°信号覆盖，作为8倍容量。本专利技术的优选实施例为将4(2×2)个圆柱透镜双极化双波束单元(16端口)沿水平方向排布，用于120°信号覆盖，作为8倍容量。本专利技术的优选实施例为将上述3种(4端口、8端口、16端口)沿竖直/水平方向排布的圆柱透镜双极化双波束单元应用于蜂窝电话三扇区作为360°全向覆盖，分别为2倍、4倍、8倍基本容量。与现有技术相对比，本专利技术的有益效果如下：(1)传统的移动通信基站天线，想要提高增益通常需要增加天线单元数量，每提高3dB增益，则需要增加一倍天线单元，与此同时还会导致垂直波瓣宽度就变窄1倍，天线垂直覆盖范围变小。(如图11)线5为板状天线的效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型化介质圆柱透镜多波束天线，其特征在于，包括双极化透镜单波束单元，所述双极化透镜单波束单元包括垂直透镜单波束单元和水平透镜单波束单元；所述垂直透镜单波束单元和水平透镜单波束单元沿竖直方向排布，所述垂直透镜单波束单元和水平透镜单波束单元分隔间距为6-10mm；/n所述垂直透镜单波束单元包括圆柱透镜、反射板、垂直极化偶极子；所述垂直极化偶极子固定设置在反射板上，所述垂直极化偶极子的相位中心置于圆柱透镜外侧中环线的焦点；所述垂直极化偶极子极化方向与圆柱透镜轴线平行；/n所述水平透镜单波束单元结构与所述垂直透镜单波束单元相同，其轴线沿水平方向设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种小型化介质圆柱透镜多波束天线，其特征在于，包括双极化透镜单波束单元，所述双极化透镜单波束单元包括垂直透镜单波束单元和水平透镜单波束单元；所述垂直透镜单波束单元和水平透镜单波束单元沿竖直方向排布，所述垂直透镜单波束单元和水平透镜单波束单元分隔间距为6-10mm；
所述垂直透镜单波束单元包括圆柱透镜、反射板、垂直极化偶极子；所述垂直极化偶极子固定设置在反射板上，所述垂直极化偶极子的相位中心置于圆柱透镜外侧中环线的焦点；所述垂直极化偶极子极化方向与圆柱透镜轴线平行；
所述水平透镜单波束单元结构与所述垂直透镜单波束单元相同，其轴线沿水平方向设置。


2.一种小型化介质圆柱透镜多波束天线，其特征在于，包括圆柱透镜双极化双波束单元；所述圆柱透镜双极化双波束单元包含沿竖直方向排列的两个如权利要求1中所述的双极化透镜单波束单元，其中一个双极化透镜单波束单元沿各自圆柱透镜轴线旋转+30°，另一个双极化透镜单波束单元沿各自圆柱透镜轴线旋转-30°。


3.如权利要求1或2所述的多波束天线，其特征在于，所述双极化透镜单波束单元的2个同轴头与1个RRU的2个射频端口直接连接。


4.如权利要求1或2所述的多波束天线，其特征在于，所述圆柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖良勇，王建青，任玉文，焦西斌，王亚，
申请(专利权)人：苏州海天新天线科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32