Principio de la antena de lente Longbo y su aplicación en el sistema de comunicación 5G

La lente Luneburg es una lente dieléctrica esférica con un gradiente gradual del índice de refracción, propuesta por Rudolf Karl Luneburg en 1944.

Estructura central y perfil del índice de refracción

• Forma: Es una esfera perfecta, con parámetros estructurales/materiales completamente simétricos alrededor del centro de la esfera.

• Índice de refracción: Gradiente radial, disminuyendo gradualmente desde el centro hasta la superficie de la esfera.

Fórmula ideal: n(r) = √(2−(r/R)²)

◦ r: Distancia desde el centro de la esfera; R: Radio de la esfera; n(R)=1 (adaptado al aire).

• Estructura equivalente: similar a una cebolla, con múltiples anillos dieléctricos, cada capa con una constante dieléctrica diferente, logrando refracción gradual.

Principio de funcionamiento (trayectoria óptica reversible)

Modo de transmisión: Se emite una onda esférica desde una fuente de alimentación en un punto determinado de la esfera, y es refractada por una lente en una onda plana paralela (haz estrecho de alta ganancia).

Modo de recepción: Las ondas planas incidentes de cualquier dirección son refractadas por una lente y enfocadas con precisión en puntos correspondientes de la superficie esférica.

Características clave: enfoque omnidireccional, independencia de múltiples haces, sin interferencias, alta ganancia, bajo lóbulo lateral.

II. Aplicación en el sistema de comunicación 5G

El 5G requiere alta ganancia, múltiples haces, amplia cobertura, gran capacidad, baja interferencia, reducción de costos y mejora de la eficiencia, y la antena de lente Longbo se ajusta perfectamente a estos requisitos.

Cobertura de estación base macro/micro 5G

• Haz estrecho de alta ganancia: Ofrece mayor ganancia, mayor cobertura y mayor penetración en comparación con las antenas de panel tradicionales.

• Cobertura simultánea multihaz: Se disponen múltiples fuentes de alimentación en la superficie esférica para formar multihaces independientes que no interfieren entre sí, duplicando la capacidad.

• Reutilización de recursos de tejado: Una sola antena soporta múltiples bandas de frecuencia/múltiples estándares (2G/3G/4G/5G), reduciendo el número de antenas y ahorrando espacio.

Aplicaciones típicas de escenarios 5G

• Trenes de alta velocidad/autopistas/túneles/puentes (cobertura estrecha y larga)

◦ Haz estrecho + alta ganancia, cobertura continua a largas distancias, reduciendo el número de estaciones base.

◦ Caso: El Ferrocarril de Alta Velocidad Mudanjiang-Jiamusi logra una cobertura 5G completa, reduciendo 195 estaciones base y ahorrando aproximadamente 92 millones de yuanes en costos durante 10 años.

• Escenarios de alta densidad (campus/recinto/área residencial)

◦ La cobertura precisa multihaz reduce la interferencia de canal adyacente y mejora la capacidad y la experiencia del usuario.

◦ Soporta Massive MIMO y trabaja en sinergia con la tecnología de interfaz aérea 5G.

• 5G de onda milimétrica (24G/28G/39G, etc.)

◦ Debido a la significativa pérdida de trayectoria de las ondas milimétricas, la lente Longbo ofrece una ganancia ultra alta para compensar la pérdida y mejorar la cobertura.

◦ Soporta escaneo de haz de gran angular (hasta 146°), adaptándose a los requisitos de cobertura flexible de onda milimétrica.

• Cobertura de ultra largo alcance en áreas oceánicas/remotas

◦ Con una cobertura máxima de 75 km, resuelve el desafío de cobertura en áreas marítimas/regiones remotas.

• Comunicación de emergencia/punto de acceso temporal

◦ Despliegue rápido, alta capacidad multihaz, satisfaciendo las necesidades de escenarios de alta concurrencia como festivales de música y eventos.

Valor central (resolviendo los puntos débiles del 5G)

• Reducción de costos y mejora de la eficiencia: Reducir el número de estaciones base y disminuir los costos de implementación/mantenimiento.

• Mejora de la capacidad: Con paralelismo de múltiples haces, la capacidad se mejora varias veces.

• Mejora de la cobertura: Mayor alcance, penetración más profunda y cobertura más continua.

• Supresión de interferencias: haz estrecho + alto aislamiento, reduciendo la interferencia de canal adyacente/co-canal.

• Compatibilidad multifrecuencia: Soporta Sub-6G + mmWave, se adapta a la banda completa de 5G.

III. Resumen

La antena de lente Longbo, que logra enfoque omnidireccional, multihaz y alta ganancia a través del índice de refracción gradiente esférico, es una tecnología clave para la optimización de la cobertura/capacidad/costo de 5G y se ha utilizado ampliamente en múltiples escenarios a gran escala.