[发明专利]多波束透镜天线和有源透镜天线系统

说明书

本发明公开了一种多波束透镜天线和有源透镜天线系统，其中多波束透镜天线包括柱状透镜，以及沿所述柱状透镜的外侧面的高度方向分布的N层第一辐射单元组和M层第二辐射单元组，每层所述第一辐射单元组包括P个第一辐射单元，每层所述第二辐射单元组包括K个第二辐射单元，每层所述第一辐射单元组通过所述柱状透镜辐射P个不同指向的窄波束作为业务波束，每层所述第二辐射单元组通过所述柱状透镜辐射F个不同指向的宽波束作为广播波束，每层的F个所述广播波束所覆盖的扇区与每层的P个所述业务波束所覆盖的扇区相匹配；因此，本发明的多波束透镜天线能够应用在TDD系统中且有利于提高移动通信系统的系统容量。

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种多波束透镜天线和有源透镜天线系统。

背景技术

近年来，随着科技的快速发展，4G通信已经无法满足现在的需求，需要对5G通信进行快速部署。由于多波束透镜天线系统具有发射波束窄、增益高、传输距离远、能覆盖特定形状的空域、能以组合馈源方式实现低旁瓣等优点，多波束透镜天线系统被广泛地应用在移动通信、各类卫星通行以及电子对抗等技术领域中，此外，多波束透镜天线系统能够提高移动通信系统的系统容量和通信质量，因此对多波束透镜天线系统的研究是目前比较热门的研究方向之一。

中国专利CN108432045A、CN108701894A和CN109923736A都描述了一种多波束透镜天线系统，这种透镜天线把一个120度的大扇区分成2个、3个或4个小扇区，通过增加扇区数量来增加系统的容量。这种透镜天线中的每个小扇区只有一副双极化天线，只能实现2T2R。但在一些需要更高系统容量的场景中，需要在一个小区里实现4T4R、8T8R，而在5G通信系统中，则至少要实现8T8R、16T16R，甚至32T32R、64T64R。

在美国专利US20200059004A1、US20170062944A1、US10483650B1、US10418716B2和US2019081405A1，以及中国专利CN201680049538.9和CNCN201880017747.4中，都描述了一种多波束透镜天线，这种多波束透镜天线由多个球形透镜放置在一个圆柱筒里，再在每个球形透镜的一侧放置辐射体，这种设计过于繁琐，设计、组装与生产都需要严格控制工艺与成本；另一种设计是在一个大型透镜球体的一侧放置多个辐射体，组成多波束天线，在球面的附近沿经线与纬线放置辐射体，其波束的指向不一样，这种设计的多波束透镜天线在形成大规模MIMO系统时存在困难，另外，这种透镜天线不能产生广播波束，在TDD系统的使用中存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多波束透镜天线，能够提供宽波束作为广播波束，有利于提高移动通信系统的系统容量。

本发明的又一目的在于提供一种有源透镜天线系统，能够提供宽波束作为广播波束，有利于提高移动通信系统的系统容量。

为了实现上述目的，本发明提供了一种多波束透镜天线，包括柱状透镜，以及沿所述柱状透镜的外侧面的高度方向分布的N层第一辐射单元组和M层第二辐射单元组，每层所述第一辐射单元组包括沿所述柱状透镜的外侧面排列放置的P个第一辐射单元，每层所述第二辐射单元组包括沿所述柱状透镜的外侧面排列放置的K个第二辐射单元，每层所述第一辐射单元组通过所述柱状透镜辐射P个不同指向的窄波束作为业务波束，每层所述第二辐射单元组通过所述柱状透镜辐射F个不同指向的宽波束作为广播波束，每层的F个所述广播波束所覆盖的扇区与每层的P个所述业务波束所覆盖的扇区相匹配；其中，N≥2，P≥2，M≥1，K≥1，1≤F≤K。

较佳地，本发明的多波束透镜天线还包括反射板，所述第一辐射单元和第二辐射单元安装在所述反射板上，所述反射板所在平面的中轴线与所述柱状透镜的几何轴心线平行或呈锐角。

较佳地，本发明的多波束透镜天线还包括功率分配器或合路器，所述功率分配器或合路器用于使每层K个所述第二辐射单元辐射F个不同指向的宽波束。