اصل آنتن لنز لانگبو و کاربرد آن در سیستم ارتباطی 5G

لنز لونبورگ یک لنز دی‌الکتریک کروی با گرادیان ضریب شکست تدریجی است که در سال 1944 توسط رودولف کارل لونبورگ پیشنهاد شد.

ساختار هسته و پروفایل ضریب شکست

• شکل: یک کره کامل است، با پارامترهای ساختاری/مادی که کاملاً حول مرکز کره متقارن هستند.

• ضریب شکست: گرادیان شعاعی، که به تدریج از مرکز به سطح کره کاهش می‌یابد.

فرمول ایده‌آل: n(r) = √(2−(r/R)²)

◦ r: فاصله از مرکز کره؛ R: شعاع کره؛ n(R)=1 (مطابق با هوا).

• ساختار معادل: شبیه پیاز، با حلقه‌های دی‌الکتریک متعدد، که هر لایه دارای ثابت دی‌الکتریک متفاوتی است و شکست گرادیانی را ایجاد می‌کند.

اصل کار (مسیر نوری برگشت‌پذیر)

حالت انتشار: یک موج کروی از یک منبع تغذیه در نقطه‌ای مشخص از کره منتشر می‌شود و توسط یک لنز به یک موج صفحه موازی (پرتو باریک با بهره بالا) شکسته می‌شود.

حالت دریافت: امواج تخت حادث از هر جهتی توسط یک لنز شکسته شده و به طور دقیق بر روی نقاط متناظر روی سطح کروی متمرکز می‌شوند.

ویژگی‌های کلیدی: تمرکز همه‌جهته، استقلال چند پرتو، بدون تداخل، بهره بالا، لوب جانبی کم.

II. کاربرد در سیستم ارتباطی 5G

5G به بهره بالا، چند پرتو، پوشش گسترده، ظرفیت بالا، تداخل کم، کاهش هزینه و بهبود بهره‌وری نیاز دارد و آنتن لنز لانگبو کاملاً با این الزامات مطابقت دارد.

پوشش ایستگاه پایه ماکرو/میکرو 5G

• پرتو باریک با بهره بالا: در مقایسه با آنتن‌های پنلی سنتی، بهره بالاتر، پوشش طولانی‌تر و نفوذ قوی‌تری دارد.

• پوشش همزمان چند پرتو: منابع تغذیه متعدد بر روی سطح کروی چیده شده‌اند تا پرتوهای مستقل چندگانه تشکیل دهند که با یکدیگر تداخل ندارند و ظرفیت را دو برابر می‌کنند.

• استفاده مجدد از منابع سقف: یک آنتن از باندهای فرکانسی متعدد/استانداردهای متعدد (2G/3G/4G/5G) پشتیبانی می‌کند، تعداد آنتن‌ها را کاهش می‌دهد و فضا را ذخیره می‌کند.

کاربردهای سناریوی معمول 5G

• قطار سریع‌السیر/بزرگراه/تونل/پل (پوشش باریک و طولانی)

◦ پرتو باریک + بهره بالا، پوشش مداوم در فواصل طولانی، کاهش تعداد ایستگاه‌های پایه.

◦ مورد: راه‌آهن پرسرعت مودانجیانگ-جیا‌موسی پوشش کامل 5G را با کاهش 195 ایستگاه پایه و صرفه‌جویی تقریبی 92 میلیون یوان در هزینه‌ها طی 10 سال به دست می‌آورد.

• سناریوهای با تراکم بالا (محوطه دانشگاهی/محل برگزاری/منطقه مسکونی)

◦ پوشش دقیق چند پرتو، تداخل کانال مشترک را کاهش داده و ظرفیت و تجربه کاربر را بهبود می‌بخشد.

◦ از Massive MIMO پشتیبانی می‌کند و با فناوری رابط هوایی 5G همکاری می‌کند.

• 5G موج میلی‌متری (24G/28G/39G و غیره)

◦ به دلیل افت مسیر قابل توجه امواج میلی‌متری، لنز لانگبو بهره فوق‌العاده بالایی را برای جبران افت و بهبود پوشش ارائه می‌دهد.

◦ از اسکن پرتو با زاویه باز (تا 146 درجه) پشتیبانی می‌کند و با الزامات پوشش انعطاف‌پذیر موج میلی‌متری سازگار می‌شود.

• پوشش برد فوق‌العاده طولانی در مناطق اقیانوسی/دورافتاده

◦ با حداکثر پوشش 75 کیلومتر، چالش پوشش در مناطق دریایی/مناطق دورافتاده را حل می‌کند.

• ارتباطات اضطراری/نقطه اتصال موقت

◦ استقرار سریع، ظرفیت بالای چند پرتو، پاسخگوی نیازهای سناریوهای همزمنی بالا مانند جشنواره‌های موسیقی و رویدادها.

ارزش اصلی (حل نقاط ضعف 5G)

• کاهش هزینه و افزایش بهره‌وری: تعداد ایستگاه‌های پایه را کاهش داده و هزینه‌های استقرار/نگهداری را پایین می‌آورد.

• افزایش ظرفیت: با موازی‌سازی چند پرتو، ظرفیت چندین برابر افزایش می‌یابد.

• افزایش پوشش: برد طولانی‌تر، نفوذ عمیق‌تر و پوشش پیوسته‌تر.

• سرکوب تداخل: پرتو باریک + ایزولاسیون بالا، کاهش تداخل کانال مشترک/کانال مجاور.

• سازگاری چند فرکانسی: از Sub-6G + mmWave پشتیبانی می‌کند و با باند کامل 5G سازگار است.

III. خلاصه

آنتن لنز لونگبو، که از طریق ضریب شکست گرادیان کروی به فوکوس همه‌جانبه، چند پرتو و بهره بالا دست می‌یابد، یک فناوری کلیدی برای بهینه‌سازی پوشش/ظرفیت/هزینه 5G است و در مقیاس بزرگ در سناریوهای متعدد به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است.