หลักการของเสาอากาศเลนส์ Longbo และการประยุกต์ใช้ในระบบสื่อสาร 5G

เลนส์ลูนเบิร์ก (Luneburg Lens) เป็นเลนส์ไดอิเล็กทริกทรงกลมที่มีการไล่ระดับดัชนีหักเหที่ค่อยๆ เปลี่ยนแปลง ซึ่งเสนอโดย Rudolf Karl Luneburg ในปี 1944

โครงสร้างหลักและโปรไฟล์ดัชนีหักเห

• รูปร่าง: เป็นทรงกลมสมบูรณ์แบบ โดยมีพารามิเตอร์โครงสร้าง/วัสดุที่สมมาตรสมบูรณ์รอบจุดศูนย์กลางของทรงกลม

• ดัชนีหักเห: เป็นแบบไล่ระดับตามแนวรัศมี ค่อยๆ ลดลงจากจุดศูนย์กลางไปยังพื้นผิวของทรงกลม

สูตรในอุดมคติ: n(r) = √(2−(r/R)²)

◦ r: ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของทรงกลม; R: รัศมีของทรงกลม; n(R)=1 (เข้ากันได้กับอากาศ)

• โครงสร้างเทียบเท่า: คล้ายหัวหอม มีวงแหวนไดอิเล็กทริกหลายชั้น แต่ละชั้นมีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกแตกต่างกัน ทำให้เกิดการหักเหแบบไล่ระดับ

หลักการทำงาน (เส้นทางแสงแบบย้อนกลับได้)

โหมดการส่ง: คลื่นทรงกลมถูกปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดที่จุดหนึ่งบนทรงกลม และถูกหักเหโดยเลนส์ให้เป็นคลื่นระนาบขนาน (ลำแสงแคบที่มีอัตราขยายสูง)

โหมดการรับ: คลื่นระนาบแบบเหตุการณ์จากทุกทิศทางจะถูกหักเหโดยเลนส์และโฟกัสอย่างแม่นยำไปยังจุดที่สอดคล้องกันบนพื้นผิวทรงกลม

คุณสมบัติหลัก: การโฟกัสรอบทิศทาง, ลำแสงหลายลำที่เป็นอิสระ, ปราศจากการรบกวน, อัตราขยายสูง, กลีบข้างต่ำ

II. การประยุกต์ใช้ในระบบสื่อสาร 5G

5G ต้องการอัตราขยายสูง, ลำแสงหลายลำ, การครอบคลุมที่กว้าง, ความจุสูง, การรบกวนต่ำ, การลดต้นทุน และการปรับปรุงประสิทธิภาพ และเสาอากาศเลนส์ Longbo เหมาะสมกับข้อกำหนดเหล่านี้อย่างสมบูรณ์แบบ

การครอบคลุมสถานีฐาน 5G แบบมาโคร/ไมโคร

• ลำแสงแคบอัตราขยายสูง: มีอัตราขยายสูงกว่า ครอบคลุมระยะไกลกว่า และทะลุทะลวงได้ดีกว่าเสาอากาศแบบแผงทั่วไป

• การครอบคลุมหลายลำแสงพร้อมกัน: แหล่งกำเนิดสัญญาณหลายแหล่งถูกจัดเรียงบนพื้นผิวทรงกลมเพื่อสร้างลำแสงหลายลำแสงที่เป็นอิสระซึ่งไม่รบกวนกัน เพิ่มความจุเป็นสองเท่า

• การใช้ทรัพยากรบนหลังคาซ้ำ: เสาอากาศเดียวรองรับหลายย่านความถี่/หลายมาตรฐาน (2G/3G/4G/5G) ลดจำนวนเสาอากาศและประหยัดพื้นที่

แอปพลิเคชันสถานการณ์ 5G ทั่วไป

• รถไฟความเร็วสูง/ทางด่วน/อุโมงค์/สะพาน (พื้นที่ครอบคลุมแคบและยาว)

◦ ลำแสงแคบ + อัตราขยายสูง ครอบคลุมระยะไกลอย่างต่อเนื่อง ลดจำนวนสถานีฐาน

◦ กรณี: ทางรถไฟความเร็วสูงมู่ตานเจียง-เจียอูซือ บรรลุการครอบคลุม 5G เต็มรูปแบบ ลดสถานีฐาน 195 แห่ง และประหยัดค่าใช้จ่ายประมาณ 92 ล้านหยวนในระยะเวลา 10 ปี

• สถานการณ์ความหนาแน่นสูง (วิทยาเขต/สถานที่จัดงาน/พื้นที่อยู่อาศัย)

◦ การครอบคลุมแบบหลายลำแสงที่แม่นยำช่วยลดสัญญาณรบกวนช่องสัญญาณร่วม และเพิ่มความจุและประสบการณ์ผู้ใช้

◦ รองรับ Massive MIMO และทำงานร่วมกับเทคโนโลยีอินเทอร์เฟซอากาศ 5G

• 5G คลื่นมิลลิเมตร (24G/28G/39G ฯลฯ)

◦ เนื่องจากคลื่นมิลลิเมตรมีการสูญเสียสัญญาณสูง เลนส์ Longbo จึงให้เกนสูงพิเศษเพื่อชดเชยการสูญเสียและเพิ่มการครอบคลุม

◦ รองรับการสแกนลำแสงมุมกว้าง (สูงสุด 146°) ปรับให้เข้ากับข้อกำหนดการครอบคลุมที่ยืดหยุ่นของคลื่นมิลลิเมตร

• การครอบคลุมระยะไกลพิเศษในพื้นที่มหาสมุทร/พื้นที่ห่างไกล

◦ ด้วยการครอบคลุมสูงสุด 75 กม. สามารถแก้ปัญหาความท้าทายด้านการครอบคลุมในพื้นที่ทางทะเล/ภูมิภาคห่างไกล

• การสื่อสารฉุกเฉิน/ฮอตสปอตชั่วคราว

◦ การติดตั้งใช้งานอย่างรวดเร็ว ความจุสูงแบบหลายลำแสง ตอบสนองความต้องการของสถานการณ์ที่มีผู้ใช้งานพร้อมกันจำนวนมาก เช่น เทศกาลดนตรีและงานอีเวนต์

คุณค่าหลัก (การแก้ไขปัญหา 5G)

• การลดต้นทุนและการเพิ่มประสิทธิภาพ: ลดจำนวนสถานีฐานและลดต้นทุนการติดตั้ง/บำรุงรักษา

• การเพิ่มความจุ: ด้วยการประมวลผลแบบขนานหลายลำแสง ความจุจะเพิ่มขึ้นหลายเท่า

• การเพิ่มการครอบคลุม: ระยะไกลขึ้น, การเจาะลึกขึ้น, และการครอบคลุมที่ต่อเนื่องมากขึ้น

• การลดสัญญาณรบกวน: ลำแสงแคบ + การแยกสูง ลดสัญญาณรบกวนช่องสัญญาณร่วม/ช่องสัญญาณประชิด

• ความเข้ากันได้หลายความถี่: รองรับ Sub-6G + mmWave ปรับให้เข้ากับ 5G แบบเต็มแบนด์

III. สรุป

เสาอากาศเลนส์ Longbo ซึ่งให้การโฟกัสรอบทิศทาง หลายลำแสง และอัตราขยายสูงผ่านดัชนีการหักเหของแสงแบบไล่ระดับทรงกลม เป็นเทคโนโลยีสำคัญสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการครอบคลุม/ความจุ/ต้นทุนของ 5G และได้ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในหลายสถานการณ์ในวงกว้าง