Principio dell'antenna a lente Longbo e sua applicazione nel sistema di comunicazione 5G

La lente di Luneburg è una lente dielettrica sferica con un gradiente graduale dell'indice di rifrazione, proposta da Rudolf Karl Luneburg nel 1944.

Struttura principale e profilo dell'indice di rifrazione

• Forma: È una sfera perfetta, con parametri strutturali/materiali completamente simmetrici attorno al centro della sfera.

• Indice di rifrazione: Gradiente radiale, che diminuisce gradualmente dal centro alla superficie della sfera.

Formula ideale: n(r) = √(2−(r/R)²)

◦ r: Distanza dal centro della sfera; R: Raggio della sfera; n(R)=1 (adattato all'aria).

• Struttura equivalente: simile a una cipolla, con più anelli dielettrici, ogni strato ha una diversa costante dielettrica, ottenendo una rifrazione graduale.

Principio di funzionamento (percorso ottico reversibile)

Modalità di trasmissione: un'onda sferica viene emessa da una sorgente di alimentazione in un certo punto della sfera e viene rifratta da una lente in un'onda piana parallela (fascio stretto ad alto guadagno).

Modalità di ricezione: onde piane incidenti da qualsiasi direzione vengono rifratte da una lente e focalizzate con precisione su punti corrispondenti sulla superficie sferica.

Caratteristiche principali: focalizzazione omnidirezionale, indipendenza multi-fascio, assenza di interferenze, alto guadagno, basso lobo laterale.

II. Applicazione nel sistema di comunicazione 5G

Il 5G richiede alto guadagno, multi-fascio, ampia copertura, grande capacità, bassa interferenza, riduzione dei costi e miglioramento dell'efficienza, e l'antenna a lente Longbo soddisfa perfettamente questi requisiti.

Copertura stazioni base macro/micro 5G

• Fascio stretto ad alto guadagno: Vanta un guadagno maggiore, una copertura più estesa e una penetrazione più forte rispetto alle antenne a pannello tradizionali.

• Copertura simultanea multi-fascio: Sorgenti di alimentazione multiple sono disposte sulla superficie sferica per formare fasci multipli indipendenti, che non interferiscono tra loro, raddoppiando la capacità.

• Riutilizzo delle risorse del tetto: Un'unica antenna supporta più bande di frequenza/standard multipli (2G/3G/4G/5G), riducendo il numero di antenne e risparmiando spazio.

Applicazioni tipiche dello scenario 5G

• Alta velocità ferroviaria/autostrada/tunnel/ponte (copertura stretta e lunga)

◦ Fascio stretto + alto guadagno, copertura continua su lunghe distanze, riducendo il numero di stazioni base.

◦ Caso: la ferrovia ad alta velocità Mudanjiang-Jiamusi raggiunge la copertura 5G completa, riducendo 195 stazioni base e risparmiando circa 92 milioni di yuan in costi in 10 anni.

• Scenari ad alta densità (campus/sede/area residenziale)

◦ La copertura multi-beam precisa riduce le interferenze co-canale e migliora la capacità e l'esperienza utente.

◦ Supporta Massive MIMO e lavora in sinergia con la tecnologia dell'interfaccia aerea 5G.

• 5G a onde millimetriche (24G/28G/39G, ecc.)

◦ A causa della significativa perdita di percorso delle onde millimetriche, la lente Longbo offre un guadagno ultra-elevato per compensare la perdita e migliorare la copertura.

◦ Supporta la scansione del fascio ad ampio angolo (fino a 146°), adattandosi ai requisiti di copertura flessibile delle onde millimetriche.

• Copertura a lunghissimo raggio in aree oceaniche/remote

◦ Con una copertura massima di 75 km, risolve la sfida della copertura nelle aree marittime/regioni remote.

• Comunicazioni di emergenza/hotspot temporaneo

◦ Implementazione rapida, alta capacità multi-beam, soddisfacendo le esigenze di scenari ad alta concorrenza come festival musicali ed eventi.

Valore fondamentale (risoluzione dei problemi del 5G)

• Riduzione dei costi e miglioramento dell'efficienza: Ridurre il numero di stazioni base e abbassare i costi di installazione/manutenzione.

• Miglioramento della capacità: Con il parallelismo multi-fascio, la capacità viene migliorata di diverse volte.

• Miglioramento della copertura: Maggiore raggio d'azione, penetrazione più profonda e copertura più continua.

• Soppressione delle interferenze: fascio stretto + alto isolamento, riducendo le interferenze co-canale/canale adiacente.

• Compatibilità multifrequenza: Supporta Sub-6G + mmWave, si adatta alla banda completa 5G.

III. Riepilogo

L'antenna a lente Longbo, che ottiene focalizzazione omnidirezionale, multi-fascio e alto guadagno attraverso l'indice di rifrazione gradiente sferico, è una tecnologia chiave per l'ottimizzazione della copertura/capacità/costo del 5G ed è stata ampiamente utilizzata in scenari multipli su larga scala.