Longbo 렌즈 안테나의 원리와 5G 통신 시스템에서의 응용

루네버그 렌즈는 1944년 루돌프 카를 루네버그가 제안한 점진적인 굴절률 구배를 가진 구형 유전체 렌즈입니다.

핵심 구조 및 굴절률 프로파일

• 모양: 완벽한 구형이며, 구조/재료 매개변수는 구의 중심을 기준으로 완전히 대칭입니다.

• 굴절률: 방사형 구배로, 구의 중심에서 표면으로 갈수록 점진적으로 감소합니다.

이상적인 공식: n(r) = √(2−(r/R)²)

◦ r: 구의 중심으로부터의 거리; R: 구의 반지름; n(R)=1 (공기와 일치).

• 등가 구조: 양파와 유사하며, 여러 개의 유전체 링으로 구성되어 각 층이 다른 유전 상수를 가져 구배 굴절을 달성합니다.

작동 원리 (가역 광 경로)

전송 모드: 구의 특정 지점에서 피드 소스가 구면파를 방출하고, 렌즈를 통해 평행 평면파(고이득 협대역 빔)로 굴절됩니다.

수신 모드: 모든 방향에서 오는 평면파 입사파가 렌즈에 의해 굴절되어 구면 표면의 해당 지점에 정확하게 초점을 맞춥니다.

주요 특징: 전방향 초점, 다중 빔 독립성, 간섭 없음, 높은 이득, 낮은 부엽.

II. 5G 통신 시스템에서의 응용

5G는 높은 이득, 다중 빔, 넓은 커버리지, 대용량, 낮은 간섭, 비용 절감 및 효율성 향상을 요구하며, Longbo 렌즈 안테나는 이러한 요구 사항을 완벽하게 충족합니다.

5G 매크로/마이크로 기지국 커버리지

• 고이득 좁은 빔: 기존 패널 안테나에 비해 더 높은 이득, 더 긴 커버리지, 더 강력한 투과력을 자랑합니다.

• 동시 다중 빔 커버리지: 구형 표면에 여러 피드 소스를 배열하여 서로 간섭하지 않는 독립적인 다중 빔을 형성하여 용량을 두 배로 늘립니다.

• 옥상 자원 재사용: 단일 안테나가 여러 주파수 대역/여러 표준(2G/3G/4G/5G)을 지원하여 안테나 수를 줄이고 공간을 절약합니다.

일반적인 5G 시나리오 애플리케이션

• 고속철도/고속도로/터널/교량 (좁고 긴 커버리지)

◦ 협대역 빔 + 고이득, 장거리 연속 커버리지로 기지국 수 감소.

◦ 사례: 무단장-자무시 고속철도는 5G 완전 커버리지를 달성하여 기지국 195개를 줄이고 10년간 약 9,200만 위안의 비용을 절감했습니다.

• 고밀도 시나리오 (캠퍼스/장소/주거 지역)

◦ 멀티빔 정밀 커버리지는 동일 채널 간섭을 줄이고 용량 및 사용자 경험을 향상시킵니다.

◦ Massive MIMO를 지원하며 5G 무선 인터페이스 기술과 시너지 효과를 발휘합니다.

• 밀리미터파 5G (24G/28G/39G 등)

◦ 밀리미터파의 상당한 경로 손실로 인해 롱보 렌즈는 초고 이득을 제공하여 손실을 보상하고 커버리지를 향상시킵니다.

◦ 광각 빔 스캐닝 (최대 146°)을 지원하여 밀리미터파의 유연한 커버리지 요구 사항에 적응합니다.

• 해양/원격 지역의 초장거리 커버리지

◦ 최대 75km의 커버리지로 해상 지역/원격 지역의 커버리지 문제를 해결합니다.

• 비상 통신/임시 핫스팟

◦ 신속한 배포, 멀티빔 고용량으로 음악 축제 및 이벤트와 같은 높은 동시성 시나리오의 요구를 충족합니다.

핵심 가치 (5G 문제점 해결)

• 비용 절감 및 효율성 향상: 기지국 수를 줄이고 구축/유지보수 비용을 낮춥니다.

• 용량 증대: 다중 빔 병렬 처리를 통해 용량이 수 배 향상됩니다.

• 커버리지 증대: 더 긴 범위, 더 깊은 침투, 더 지속적인 커버리지.

• 간섭 억제: 좁은 빔 + 높은 격리도로 동일 채널/인접 채널 간섭 감소.

• 다중 주파수 호환성: Sub-6G + mmWave를 지원하며 5G 전체 대역에 적응합니다.

III. 요약

구형 기울기 굴절률을 통해 전방향 집중, 다중 빔, 고이득을 달성하는 Longbo 렌즈 안테나는 5G 커버리지/용량/비용 최적화를 위한 핵심 기술이며 대규모로 여러 시나리오에 널리 사용되었습니다.