[发明专利]一种小型化介质圆柱透镜多波束天线

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及基站天线领域，特别涉及一种小型化介质圆柱透镜多波束天线。

背景技术

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。 本发明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。

因此，寻求使用较小的透镜体积，实现垂直方向的高增益大面积覆盖，同时还要考虑提高系统容量及提高天线效率，就成为透镜天线亟待解决的技术问题。

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。

发明内容

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，本发明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，具体技术方案如下：