Princípio da antena de lente Longbo e sua aplicação no sistema de comunicação 5G

A Lente de Luneburg é uma lente dielétrica esférica com um gradiente gradual de índice de refração, proposta por Rudolf Karl Luneburg em 1944.

Estrutura central e perfil do índice de refração

• Forma: É uma esfera perfeita, com parâmetros estruturais/materiais completamente simétricos em torno do centro da esfera.

• Índice de refração: Gradiente radial, diminuindo gradualmente do centro para a superfície da esfera.

Fórmula ideal: n(r) = √(2−(r/R)²)

◦ r: Distância do centro da esfera; R: Raio da esfera; n(R)=1 (combinado com o ar).

• Estrutura equivalente: semelhante a uma cebola, com múltiplos anéis dielétricos, cada camada com uma constante dielétrica diferente, alcançando refração gradiente.

Princípio de funcionamento (caminho óptico reversível)

Modo de transmissão: Uma onda esférica é emitida de uma fonte de alimentação em um determinado ponto da esfera e é refratada por uma lente em uma onda plana paralela (feixe estreito de alto ganho).

Modo de recepção: Ondas planas incidentes de qualquer direção são refratadas por uma lente e focadas precisamente em pontos correspondentes na superfície esférica.

Principais características: foco omnidirecional, independência de múltiplos feixes, sem interferência, alto ganho, baixo lóbulo lateral.

II. Aplicação no sistema de comunicação 5G

O 5G exige alto ganho, múltiplos feixes, ampla cobertura, grande capacidade, baixa interferência, redução de custos e melhoria de eficiência, e a antena de lente Longbo atende perfeitamente a esses requisitos.

Cobertura de estação base macro/micro 5G

• Feixe estreito de alto ganho: Possui maior ganho, maior cobertura e maior penetração em comparação com antenas de painel tradicionais.

• Cobertura simultânea de múltiplos feixes: Múltiplas fontes de alimentação são dispostas na superfície esférica para formar múltiplos feixes independentes, que não interferem entre si, dobrando a capacidade.

• Reutilização de recursos de telhado: Antena única suporta múltiplas bandas de frequência/múltiplos padrões (2G/3G/4G/5G), reduzindo o número de antenas e economizando espaço.

Aplicações típicas de cenários 5G

• Trem de alta velocidade/via expressa/túnel/ponte (cobertura estreita e longa)

◦ Feixe estreito + alto ganho, cobertura contínua em longas distâncias, reduzindo o número de estações base.

◦ Caso: A Ferrovia de Alta Velocidade Mudanjiang-Jiamusi alcança cobertura 5G completa, reduzindo 195 estações base e economizando aproximadamente 92 milhões de yuans em custos ao longo de 10 anos.

• Cenários de alta densidade (campus/local/área residencial)

◦ Cobertura multi-feixe precisa reduz a interferência co-canal e aumenta a capacidade e a experiência do usuário.

◦ Suporta Massive MIMO e funciona em sinergia com a tecnologia de interface aérea 5G.

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

◦ Devido à perda de sinal significativa das ondas milimétricas, a lente Longbo oferece ganho ultra-alto para compensar a perda e melhorar a cobertura.

◦ Suporta varredura de feixe de grande angular (até 146°), adaptando-se aos requisitos de cobertura flexíveis da onda milimétrica.

• Cobertura de alcance ultralongo em áreas oceânicas/remotas

◦ Com cobertura máxima de 75km, resolve o desafio de cobertura em áreas marítimas/regiões remotas.

• Comunicação de emergência/hotspot temporário

◦ Implantação rápida, alta capacidade multi-feixe, atendendo às necessidades de cenários de alta concorrência, como festivais de música e eventos.

Valor central (resolvendo os pontos problemáticos do 5G)

• Redução de custos e aumento de eficiência: Reduzir o número de estações base e diminuir os custos de implantação/manutenção.

• Aumento de capacidade: Com paralelismo de múltiplos feixes, a capacidade é aumentada em várias vezes.

• Aumento de cobertura: Maior alcance, penetração mais profunda e cobertura mais contínua.

• Supressão de interferência: feixe estreito + alto isolamento, reduzindo a interferência de canal co-canal/canal adjacente.

• Compatibilidade multifrequência: Suporta Sub-6G + mmWave, adapta-se à banda completa de 5G.

III. Resumo

A antena de lente Longbo, que alcança foco omnidirecional, múltiplos feixes e alto ganho através do índice de refração gradiente esférico, é uma tecnologia chave para a otimização de cobertura/capacidade/custo do 5G e tem sido amplamente utilizada em múltiplos cenários em larga escala.