Longboレンズアンテナの原理とその5G通信システムへの応用

ルネベルグレンズは、1944年にルドルフ・カール・ルネベルグによって提案された、屈折率勾配を持つ球状誘電体レンズです。

コア構造と屈折率プロファイル

• 形状：完全な球体であり、構造/材料パラメータは球の中心を中心に完全に対称です。

• 屈折率：半径方向の勾配があり、球の中心から表面に向かって徐々に減少します。

理想的な式：n(r) = √(2−(r/R)²)

◦ r：球の中心からの距離；R：球の半径；n(R)=1（空気と整合）。

• 相当構造：玉ねぎに似ており、複数の誘電体リングがあり、各層は異なる誘電率を持ち、勾配屈折を実現しています。

動作原理（可逆的な光路）

伝送モード：球面上のある点にあるフィード源から球面波が放射され、レンズによって平行平面波（高利得・狭ビーム）に屈折されます。

受信モード：あらゆる方向からの入射平面波がレンズによって屈折され、球面上に対応する点に正確に集光されます。

主な特徴：全方向集束、マルチビーム独立性、干渉なし、高利得、低サイドローブ。

II. 5G通信システムへの応用

5Gは、高利得、マルチビーム、広範囲カバレッジ、大容量、低干渉、コスト削減、効率向上を必要としており、Longboレンズアンテナはこれらの要件に完全に適合します。

5Gマクロ/マイクロ基地局カバレッジ

• 高利得ナロービーム：従来のパネルアンテナと比較して、より高い利得、より長いカバレッジ、およびより強力な浸透性を誇ります。

• 同時マルチビームカバレッジ：複数のフィードソースが球面上に配置され、互いに干渉しない独立したマルチビームを形成し、容量を倍増させます。

• 屋根リソースの再利用：単一アンテナで複数の周波数帯域/複数の規格（2G/3G/4G/5G）をサポートし、アンテナ数を削減してスペースを節約します。

一般的な5Gシナリオアプリケーション

• 高速鉄道/高速道路/トンネル/橋梁（狭長カバレッジ）

◦ 狭ビーム＋高利得、長距離での連続カバレッジにより、基地局数を削減します。

◦ 事例：牡丹江-佳木斯高速鉄道は、5Gの完全カバレッジを実現し、基地局を195局削減し、10年間で約9200万元のコストを節約しました。

• 高密度シナリオ（キャンパス/会場/住宅地）

◦ マルチビームによる精密なカバレッジは、同一チャネル干渉を低減し、容量とユーザーエクスペリエンスを向上させます。

◦ Massive MIMOをサポートし、5G無線インターフェース技術と連携して動作します。

• ミリ波5G（24G/28G/39Gなど）

◦ ミリ波の大きな伝搬損失のため、Longboレンズは超高利得を提供し、損失を補償してカバレッジを強化します。

◦ 広角ビームスキャン（最大146°）をサポートし、ミリ波の柔軟なカバレッジ要件に適応します。

• 海洋/遠隔地における超長距離カバレッジ

◦ 最大75kmのカバレッジにより、海上エリア/遠隔地域のカバレッジ課題を解決します。

• 緊急通信/一時ホットスポット

◦ 迅速な展開、マルチビーム高容量により、音楽フェスティバルやイベントなどの高同時接続シナリオのニーズに対応します。

コアバリュー（5Gの課題解決）

• コスト削減と効率向上：基地局数を削減し、展開・保守コストを低減します。

• 容量向上：マルチビーム並列処理により、容量が数倍向上します。

• カバレッジ向上：より長距離、より深い浸透、より連続的なカバレッジ。

• 干渉抑制：ナロービーム＋高アイソレーションにより、同一チャネル/隣接チャネル干渉を低減します。

• マルチ周波数互換性：Sub-6G + mmWaveをサポートし、5Gフルバンドに対応します。

III. まとめ

球面グラデーション屈折率により全方向フォーカス、マルチビーム、高利得を実現するLongboレンズアンテナは、5Gのカバレッジ/容量/コスト最適化のためのキーテクノロジーであり、複数のシナリオで大規模に広く使用されています。