CN111541046B - 一种龙伯透镜天线及基站 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种龙伯透镜天线及基站，包括第一振子单元组，第一振子单元组包括多个振子单元，多个振子单元按照第一布放方式设置在第一龙伯透镜的入射端一侧，并通过第一龙伯透镜向目标覆盖区域发射功率不同的窄波束，形成覆盖目标覆盖区域的第一宽波束；第一分配器，第一分配器与多个振子单元电连接，用于向多个振子单元馈入功率不同的基站信源，以使第一宽波束在目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号覆盖强度。由于本申请提供的龙伯透镜天线向目标覆盖区域发射的宽波束能够在目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号覆盖强度，使目标覆盖区域的不同位置获得对应的信号增益，提高信号强度覆盖的均匀性，降低了网络建设成本。
Description
技术领域
本申请涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种龙伯透镜天线及基站。
背景技术
随着第五代移动通信技术(5th generation mobile networks，5G)的发展，5G技术正在逐步实现全面的商用化，5G技术可以大幅的提高无线通信的速率和带宽，降低数据传输延迟，为企业和个人提供更快更好的移动通信服务。
现有技术中，5G基站无线信号通过板状天线进行信号收发。但是，由于5G无线信号工作频率更高，信号传播空间损耗更大，导致5G无线信号覆盖范围小，尤其在高铁、动车、高速等交通路线的线形覆盖场景，远端信号增益小，近端信号增益大，导致信号覆盖不均匀，目前通常是采用加密基站数量的方式来保证5G无线信号覆盖效果，但同时，造成了5G无线信号覆盖效率低、网络建设成本高的问题。
发明内容
本申请提供一种龙伯透镜天线及基站，用以解决5G无线信号覆盖效率低、网络建设成本高的问题。
根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种龙伯透镜天线，所述天线包括：
第一龙伯透镜；
第一振子单元组，所述第一振子单元组包括多个振子单元，所述多个振子单元按照第一布放方式设置在所述第一龙伯透镜的入射端一侧，并通过所述第一龙伯透镜向目标覆盖区域发射功率不同的窄波束，形成覆盖所述目标覆盖区域的第一宽波束；
第一分配器，所述第一分配器与所述多个振子单元电连接，用于向所述多个振子单元馈入功率不同的基站信源，以使所述第一宽波束在所述目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号覆盖强度。
在一种可能的实现方式中，所述目标覆盖区域包括多个子覆盖区域，所述基站与所述子覆盖区域之间相距第一覆盖距离，所述第一分配器具体用于：
向所述多个振子单元分别馈入功率与所述第一覆盖距离匹配的基站信源，以使所述第一宽波束在所述子覆盖区域形成与所述第一覆盖距离对应的信号覆盖强度。
在一种可能的实现方式中，所述第一分配器向所述多个振子单元馈入的基站信源的功率与所述第一覆盖距离正相关。
在一种可能的实现方式中，所述第一布放方式包括：
将预设第一振子数量的振子单元以预设的第一发射角度序列，沿水平方向设置在所述第一龙伯透镜的入射端一侧表面。
在一种可能的实现方式中，所述第一分配器还用于控制向所述多个振子单元馈入的基站信源的相位。
在一种可能的实现方式中，所述龙伯透镜天线还包括：
振子驱动器，所述振子驱动器与所述振子单元连接，所述振子驱动器用于驱动所述多个振子单元移动，使所述第一振子单元组以不同的入射角度和入射点通过所述龙伯透镜发射窄波束。
在一种可能的实现方式中，所述龙伯透镜天线还包括：
控制器，所述控制器与所述第一分配器，和/或所述振子驱动器电连接，所述控制器用于根据用户指令信息，向所述第一分配器，和/或所述振子驱动器发送控制指令，以调节所述第一分配器向所述多个振子单元馈入的基站信源的功率，和/或控制所述多个振子单元的移动。
在一种可能的实现方式中，所述龙伯透镜天线还包括：
环境传感器，所述环境传感器与所述控制器电连接，所述环境传感器用于获取所述龙伯透镜天线周围的环境信息，所述环境信息用于表征所述龙伯透镜天线与所述目标覆盖区域之间的位置关系；
所述控制器还用于根据所述环境信息，向所述第一分配器，和/或所述振子驱动器发送控制指令，以调节所述第一分配器向所述多个振子单元馈入的基站信源的功率，和/或控制所述多个振子单元的移动。
在一种可能的实现方式中，所述龙伯透镜天线还包括：
第二龙伯透镜，所述第二龙伯透镜的入射端与所述第一龙伯透镜的入射端位于同一侧；
第二振子单元组，所述第二振子单元组包括多个振子单元，所述多个振子单元按照第二布放方式设置在所述第二龙伯透镜的入射端一侧，并通过所述第二龙伯透镜向目标覆盖区域发射功率不同的窄波束，所述第一振子单元组对应的多个窄波束与所述第二振子单元组对应的多个窄波束形成覆盖所述目标覆盖区域的第二宽波束。
在一种可能的实现方式中，所述第二振子单元组与所述第一分配器电连接，所述第一分配器用于分别向所述第一振子单元组和所述第二振子单元组中的振子单元馈入功率不同的基站信源，以使所述第二宽波束在所述目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号覆盖强度。
在一种可能的实现方式中，所述龙伯透镜天线还包括：
第二分配器，所述第二分配器与所述第二振子单元组电连接，用于向所述第二振子单元组的所述多个振子单元馈入功率不同的基站信源，以使所述第二宽波束在所述目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号覆盖强度。
在一种可能的实现方式中，所述第一龙伯透镜和所述第二龙伯透镜水平设置，所述第一振子单元组和所述第二振子单元组设置于同一水平面，其中，所述第二宽波束的边缘位置对应的振子单元的发射功率大，中心位置对应的振子单元的发射功率小，所述第二宽波束的水平波束宽度大于或等于所述第一宽波束的水平波束宽度。
在一种可能的实现方式中，所述第一龙伯透镜和所述第二龙伯透镜上下设置，所述第一振子单元组和所述第二振子单元组分别设置于两个具有上下位置关系的水平面上，其中，所述第一振子单元组中的多个振子单元与所述第二振子单元组中的多个振子单元在竖直方向对齐，所述第一振子单元组对应的多个窄波束与所述第二振子单元组对应的多个窄波束通过波束重叠形成覆盖所述目标覆盖区域的第二宽波束，所述第二宽波束的垂直波束宽度小于或等于所述第一宽波束的垂直波束宽度。
在一种可能的实现方式中，所述宽波束对应的无线信号频率在Sub6GHz频段。
在一种可能的实现方式中，所述振子单元为交叉极化的组合振子。
根据本申请实施例的第二方面，本申请提供了一种多进多出(Multi Input MultiOutput，MIMO)天线，包括多个如本申请实施例第一方面任一项所述的龙伯透镜天线。
根据本申请实施例的第三方面，本申请提供了一种基站，包括如本申请实施例第一方面任一项所述的龙伯透镜天线。
本申请提供的龙伯透镜天线及基站，包括第一振子单元组，所述第一振子单元组包括多个振子单元，所述多个振子单元按照第一布放方式设置在所述第一龙伯透镜的入射端一侧，并通过所述第一龙伯透镜向目标覆盖区域发射功率不同的窄波束，形成覆盖所述目标覆盖区域的第一宽波束；第一分配器，所述第一分配器与所述多个振子单元电连接，用于向所述多个振子单元馈入功率不同的基站信源，以使所述第一宽波束在所述目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号覆盖强度。由于本申请提供的龙伯透镜天线向目标覆盖区域发射的宽波束能够在目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号覆盖强度，使目标覆盖区域的不同位置获得对应的信号增益，提高信号强度覆盖的均匀性，提高了5G无线信号的覆盖效率，降低了网络建设成本。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1为本申请实施例提供的龙伯透镜天线的一种应用场景图；
图2为本申请实施例一提供的龙伯透镜天线的结构示意图；
图3为振子单元按照第一布放方式设置的一种实现方式的示意图；
图4为振子单元按照第一布放方式设置的另一种实现方式的示意图；
图5为本申请实施例提供的龙伯透镜天线的宽波束方向图；
图6为本申请实施例二提供的龙伯透镜天线的结构示意图；
图7为本申请实施例三提供的龙伯透镜天线的结构示意图；
图8为图7所示实施例提供的龙伯透镜天线的功能示意图；
图9为本申请实施例四提供的龙伯透镜天线的结构示意图；
图10为本申请实施例四提供的龙伯透镜天线的另一种结构示意图；
图11为图9或图10所示实施例提供的龙伯透镜天线的功能示意图。
附图标记：
1、第一龙伯透镜；11、第一龙伯透镜的入射端；
2、第一振子单元组；21、第一振子单元组的振子单元；
3、分配器；
4、振子驱动器；
5、控制器；
6、环境传感器；
7、第二龙伯透镜；71、第二龙伯透镜的入射端；
8、第二振子单元组；81、第二振子单元组的振子单元。
通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
下面对本申请实施例的应用场景进行解释：
图1为本申请实施例提供的龙伯透镜天线的一种应用场景图，如图1所示，本申请实施例提供的龙伯透镜天线作为基站天线安装在5G基站上，5G基站设置在高铁轨道附近，用于为高铁提供5G无线信号覆盖。
现有技术中，板状天线是通信网络中常见的天线形态，采用多个天线阵子，对信号进行放大。板状天线水平方向的方向图呈扇形对称结构，±60度水平角度内，增益较大；在±60度方向外，天线增益降低10dB，增益较低，以线形覆盖场景为例，8TR天线业务波束的最大增益在正前方0度方向，达到21dBi；但随着波束偏移，增益快速降低，在覆盖边缘位置增益降为16-18dBi，传统板状天线的上述缺陷，导致了扇形覆盖区域的边缘位置处5G信号质量的劣化。
同时，由于板状天线水平波束宽度为65度，在65度到90度区域无覆盖，存在信号盲点现象。5G网络频率在Sub6GHz频段，以3.5GHz、2.6GHz频段为主，无线信号覆盖能力比现有2/3/4G采用的1.8GHz、2.1GHz频段大幅缩小。5G网络的高频特性导致信号路径损耗严重，板状天线的单个天线覆盖范围小，按5G用户上行速率200Mbps(理论值)设计，3.5GHz频段下5G基站覆盖半径仅为250米，基站密度要在现有个数上增加3～4倍才能满足连续覆盖要求。以高铁覆盖场景为例，由于高速运动和车厢穿透损耗大，500米站距条件下，3.5GHz频段5G网络用户速率只能达到上行1～2Mbps、下行50Mbps，会严重影响用户使用5G网络的使用体验，而进一步的加密5G基站，造成基站建设成本大幅攀升，给运营商带来巨大经济压力。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
图2为申请实施例一提供的龙伯透镜天线的结构示意图，本实施例提供的龙伯透镜天线包括：
第一龙伯透镜1，第一龙伯透镜1为介电常数由里向外从2到1渐变的介质球、柱或其它几何形状，第一龙伯透镜1包括入射端11和出射端12。
第一振子单元组2，第一振子单元组2包括多个振子单元21，多个振子单元21按照第一布放方式设置在第一龙伯透镜1的入射端一侧，并通过第一龙伯透镜1向目标覆盖区域发射功率不同的窄波束，形成覆盖目标覆盖区域的第一宽波束。
第一分配器3，第一分配器3与多个振子单元21电连接，用于向多个振子单元21馈入功率不同的基站信源，以使第一宽波束在目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号覆盖强度。
示例性地，第一振子单元组2自第一龙伯透镜1的入射端11发射信号，经过第一龙伯透镜1内部的折射后，汇聚形成窄波束，并从第一龙伯透镜1的出射端12发出，需要指出的是，窄带波束具有对应的辐射角，该辐射角的大小与第一龙伯透镜1的半径和振子单元21的长度相关，振子单元21的长度越大、第一龙伯透镜1的半径越小，对应形成的窄波束的辐射角越大，即该窄波束的波束宽度越大。窄波束向外界发出后，随着距离的增加，逐渐衰减，从龙伯透镜天线所处位置至最远有效覆盖距离形成的区域，即为窄波束的覆盖区域。
示例性地，述振子单元21为交叉极化的组合振子，位于第一龙伯透镜1球面上的振子单元21发出的电磁信号，辐射到球面一定区域内，相当于球面的点源。
多个振子单元21按照第一布放方式设置在第一龙伯透镜1的入射端11一侧，多个振子单元21通过第一龙伯透镜1向目标覆盖区域发射功率不同的窄波束。示例性地，第一布放方式包括：将预设第一振子数量的振子单元21以预设的第一发射角度序列，沿水平方向设置在第一龙伯透镜1的入射端11一侧表面。图3为振子单元21按照第一布放方式设置的一种实现方式的示意图；图4为振子单元21按照第一布放方式设置的另一种实现方式的示意图。示例性地，每个振子单元21发出的无线信号，经第一龙伯透镜1汇聚，形成一束窄波束，从另一侧向振子单元21与第一龙伯透镜1中心的连线方向射出。第一振子单元组2中每个振子单元21覆盖一定的水平角度方位，各振子单元21间相隔一定的角度，多个振子单元21的波束叠加，组成与第一布方式对应的第一宽波束，射向目标覆盖区域，实现高增益、宽波束覆盖。其中，第一发射角度序列为根据具体的使用场景设置的，此处不进行具体限定。
示例性地，振子单元21为具有相应工作频率带宽的、发射和接收无线信号的天线基本单元。振子单元21与第一龙伯透镜1，形成窄波束高增益天线，其最大增益方向在振子单元21与第一龙伯透镜1中心的连线方向上，波束宽度与工作频率、振子单元21大小和第一龙伯透镜1大小等相关
多个振子单元21按照第一布放方式设置在入射端11一侧的不同位置，多个振子单元21发出电磁信号，经第一龙伯透镜1折射后向不同方向辐射，生成不同的窄波束，示例性地，若多个振子单元21的尺寸相同，则相应的，多个振子单元21生成的窄波束的辐射角相同；反正，若多个振子单元21的尺寸不同，则相应的多个振子单元21生成的窄带波束的辐射角不同相同。多个相隔一定角度的振子，形成对应的窄波束向外界辐射后，合成第一宽波束，对于线形覆盖的场景下，第一宽波束对应的线形覆盖区域，即为目标覆盖区域。
如图3和图4所示，随着第一振子单元组2发出的第一宽波束的目标覆盖区域越靠近覆盖边缘，对应的区域距离第一龙伯透镜天线的位置越远，相应的，无线信号的衰减越严重。为了克服覆盖边缘信号增益较低的问题，第一分配器3向多个振子单元21馈入功率不同的基站信源，以使第一振子单元组2发射的第一宽波束在目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号增益，例如，距离越远，信号增益越大。示例性地，第一分配器3可以为馈电网络，包括一路或多路无线信号的传输和分配***，将基站信源功率分配并馈入第一振子单元组2中的每个振子单元21。通过馈电网络控制馈入每个振子单元21信号功率分配比例，从而控制对应方向和角度范围信号强度，实现天线水平方向图赋形，达到目标区域信号强弱覆盖要求。各振子单元21振子单元21发射的电磁波功率不同，示例性地，各振子单元21对各振子单元21对应的目标覆盖区域8目标覆盖区域的距离越远，其对应的发射功率越大，以使整个线性线形覆盖区域内信号强度覆盖均匀。
示例性地，宽波束对应的无线信号频率在Sub6GHz频段。
图5为本申请实施例提供的龙伯透镜天线的宽波束方向图，如图5所示，在3.5GHz频段下，第一振子单元组2发射的第一宽波束在不同角度上，具有不同的信号增益，进而使目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号增益，示例性地，第一振子单元组2中，最边缘的振子单元对应的无线信号最大增益可以达到24.8dBi，有效地提高目标覆盖区域边缘的信号覆盖强度。
本实施例中，提供了一种龙伯透镜天线，包括第一振子单元组2，第一振子单元组2包括多个振子单元21，多个振子单元21按照第一布放方式设置在第一龙伯透镜1的入射端11一侧，并通过第一龙伯透镜1向目标覆盖区域发射功率不同的窄波束，形成覆盖目标覆盖区域的第一宽波束；第一分配器3，第一分配器3与多个振子单元21电连接，用于向多个振子单元21馈入功率不同的基站信源，以使第一宽波束在目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号覆盖强度。由于本申请提供的龙伯透镜天线向目标覆盖区域发射的宽波束能够在目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号覆盖强度，使目标覆盖区域的不同位置获得对应的信号增益，提高信号强度覆盖的均匀性，提高了5G无线信号的覆盖效率，降低了网络建设成本。
图6为本申请实施例二提供的龙伯透镜天线的结构示意图，如图6所示，本实施例提供的龙伯透镜天线在图2所示实施例提供的龙伯透镜天线的基础上，增加了用于控制振子单元21位置的振子驱动器4，控制器5，以及环境传感器6。目标覆盖区域包括多个子覆盖区域，基站与子覆盖区域之间相距第一覆盖距离，则本实施例提供的龙伯透镜天线中，第一分配器3具体用于：
向多个振子单元21分别馈入功率与第一覆盖距离匹配的基站信源，以使第一宽波束在子覆盖区域形成与第一覆盖距离对应的信号覆盖强度。
示例性地，第一分配器3向多个振子单元21馈入的基站信源的功率与第一覆盖距离正相关。当第一覆盖距离越远，即基站与子覆盖区域的距离越远，则第一分配器3向对应的振子单元21馈入的基站信源的功率越大，反之，基站与子覆盖区域的距离越近，则第一分配器3向对应的振子单元21馈入的基站信源的功率越小，以实现目标覆盖区域的远端信号增益大，近端信号增益小的目的。
可选地，第一分配器3还用于控制多个振子单元21的相位，以使多个振子的信号相位一致，进一步地，相位一致包括多个振子单元21发射的电磁波信号的相位相同，或者相差整数周期倍。通过调节振子单元21的相位，可以避免相位不同的电磁波信号之间互相干扰，影响无线信号质量。
示例性地，振子驱动器4与振子单元21连接，振子驱动器4用于驱动多个振子单元21移动，使第一振子单元组2以不同的入射角度和入射点通过龙伯透镜发射窄波束。
示例性地，振子驱动器4可以包括驱动电机，驱动电机产生动力并驱动第一振子单元组2沿第一龙伯透镜1的表面移动，或者转动，以调整第一振子单元组2的位置和角度，进而使第一振子单元组2以不同的入射角度和入射点向龙伯透镜发射电磁波信号。
可选地，振子驱动器4还可以包括传动单元，传动单元连接驱动电机和第一振子单元组2，传动单元用于将驱动电机的驱动力传输至第一振子单元组2，以调整第一振子单元组2的位置和角度，进而使第一振子单元组2以不同的入射角度和入射点向龙伯透镜发射电磁波信号。设置传动单元，可以增加驱动电机和第一振子单元组2之间的距离，进而增加第一振子单元组2的可移动空间和角度，提高第一振子单元组2的可调节范围。
可选地，龙伯透镜天线还包括：控制器5，控制器5与第一分配器3，和/或振子驱动器4电连接，控制器5用于根据用户指令信息，向第一分配器3，和/或振子驱动器4发送控制指令，以调节第一分配器3向多个振子单元21馈入的基站信源的功率，和/或控制多个振子单元21的移动示例性地，控制器5可以是带有控制功能的模块、单元或装置。控制器5用于接收用户指令，或者读取预设配置信息，以向分配器3，和/或振子驱动器4发送控制指令，而改变各振子单元21的发射功率、入射角度、入射点中的一种或多种。
在一个具体的应用场景中，当本实施例提供的龙伯透镜天线安装在高铁沿线，以实现对高铁行驶路线的线形覆盖。在该龙伯透镜天线安装后，需要根据该龙伯透镜天线所在的位置，例如，龙伯透镜天线距离高铁轨道的距离、龙伯透镜天线的垂直高度等，调整第一振子单元组2对应的目标覆盖区域，和多个振子单元21对应的发射功率，以使列车行驶的线形区域能够被该龙伯透镜天线有效覆盖。此时，用户通过控制器5输入用户指令，控制器5根据用户指令的内容，向分配器3，和/或振子驱动器4发送控制指令，以调节第一分配器3向多个振子单元21馈入的基站信源的功率，和/或控制多个振子单元21的移动，使高铁行驶的线形区域能够被该龙伯透镜天线有效覆盖。
本实施例中，通过与分配器3和/或振子驱动器4连接的控制器5，实现对龙伯透镜天线的灵活设置，由于5G基站的建设过程中，基站的选址要考虑具体的地形、建筑等多种因素，例如距离高铁沿线100米处和距离高铁沿线10米处，振子单元21对应的目标覆盖区域的距离是不同的，分配器3需要馈入各振子单元21的功率、多个振子单元21需要设置的位置，也是不同的，因此，若使用统一配置的龙伯透镜天线进行信号的覆盖，往往难以实现龙伯透镜天线的最佳效果。本实施例提供的龙伯透镜天线，由于可以根据指令信息或者配置信息等方式，对龙伯透镜天线内的多个振子单元21的排布方式、功率参数进行调整，提高了龙伯透镜天线的适用场景和使用灵活性，提高龙伯透镜天线的信号覆盖效果。
可选地，本实施例提供的龙伯透镜天线还包括环境传感器6，环境传感器6与控制器5电连接，环境传感器6用于获取龙伯透镜天线周围的环境信息，环境信息用于表征龙伯透镜天线与目标覆盖区域之间的位置关系；示例性地，环境信息包括目标覆盖区域至龙伯透镜天线的距离，角度。
示例性地，环境传感器6可以为图像采集装置，图像采集装置通过图像采集，可以确定龙伯透镜天线与目标覆盖区域之间的位置关系，例如，确定龙伯透镜天线与动车轨道的垂直距离、水平距离等。
控制器5还用于根据环境信息，向第一分配器3，和/或振子驱动器4发送控制指令，以调节第一分配器3向多个振子单元21馈入的基站信源的功率，和/或控制多个振子单元21的移动。
根据环境传感器6，可以确定龙伯透镜天线所处的环境，控制器5根据环境传感器6采集得到的环境信息，确定振子单元21对应的入射角度、入射点等布放方式，以及振子单元21的发射功率，从而确定与龙伯透镜天线安装位置最匹配的龙伯透镜天线的设置参数，提高龙伯透镜天线的信号覆盖效果。
图7为本申请实施例三提供的龙伯透镜天线的结构示意图，如图7所示，本实施例提供的龙伯透镜天线在图2所示实施例提供的龙伯透镜天线的基础上，增加了第二龙伯透镜7，则本实施例提供的龙伯透镜天线还包括：
第二龙伯透镜7，第二龙伯透镜7的入射端71与第一龙伯透镜1的入射端11位于同一侧。
第二振子单元组8，第二振子单元组8包括多个振子单元81，多个振子单元81按照第二布放方式设置在第二龙伯透镜7的入射端71一侧，并通过第二龙伯透镜7向目标覆盖区域发射功率不同的窄波束，第一振子单元组2对应的多个窄波束与第二振子单元组8对应的多个窄波束形成覆盖目标覆盖区域的第二宽波束。
示例性地，在一种可能的实现方式中，第二振子单元组8与第一分配器3电连接，第一分配器3用于分别向第一振子单元组2和第二振子单元组8中的振子单元81馈入功率不同的基站信源，以使第二宽波束在目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号覆盖强度。
示例性地，在另一种可能的实现方式中，龙伯透镜天线还包括：
第二分配器3，第二分配器3与第二振子单元组8电连接，用于向第二振子单元组8的多个振子单元81馈入功率不同的基站信源，以使第二宽波束在目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号覆盖强度。
第一龙伯透镜1和第二龙伯透镜7水平设置，第一振子单元组2和第二振子单元组8设置于同一水平面，其中，第二宽波束的边缘位置对应的振子单元81的发射功率大，中心位置对应的振子单元81的发射功率小，第二宽波束的水平波束宽度大于或等于第一宽波束的水平波束宽度。
示例性地，第一振子单元组2和第二振子单元组8分别通过第一龙伯透镜1和第二龙伯透镜7，形成水平宽波束覆盖。第一振子单元组2的振子单元21与第二振子单元组8的振子单元81左右对称排列，第一振子单元组2的基本振子单元指向一边的最远覆盖点、第二振子单元组8的基本振子单元指向另一边的最远覆盖点。其中，基本振子单元是用于确定多个振子单元的布放位置而首先设置的振子单元，相当于多个振子单元的基准。振子单元波束指向依次由远及近，使两个振子单元组的宽波束合成中间增益低、两边增益高的宽波束的高增益天线，实现更大角度范围的高增益覆盖。第一振子单元组2与第二振子单元组8中的振子数量根据覆盖波束宽度要求确定，可以相同也可以不同。第一分配器3、第二分配器3通过功分接入基站信源，分配信源比例根据具体的天线方向图赋形要求确定。
图8为图7所示实施例提供的龙伯透镜天线的功能示意图，如图8所示，由第一龙伯透镜1和第二龙伯透镜7组成的龙伯透镜天线设置路测5G基站上，用于提供5G信号的线形覆盖。第一龙伯透镜1上设置有第二振子单元组8，第二龙伯透镜7上设置有第二振子组，第一振子组和第二振子组分别按照第一发射角度序列和第二发射角度序列水平排列在一个水平面内，并分别通过第一龙伯透镜1和第二龙伯透镜7向外辐射多组窄波束，第一振子单元组2对应的多个窄波束与第二振子单元组8对应的多个窄波束形成覆盖目标覆盖区域的第二宽波束。
其中，第一发射角度序列、发射功率的具体数值，可以根据具体情况进行设置，此处不进行具体限定。
本实施例提供的龙伯透镜天线，采用横向排布的两个龙伯透镜及配套的第一振子单元组2和第二振子单元组8进行窄波束的发射，相比单一龙伯透镜的方案，其总覆盖范围更大，总的振子单元数量增加，使对应的发射功率的梯度数量增加，提高了不同目标覆盖范围内信号增益的控制精度。
需要说明的是，图7所示实施例提供的龙伯透镜天线，可以与图6所示实施例提供的龙伯透镜天线结合，即增加振子驱动器4、控制器5、环境传感器6中一个或多个的技术特征，以实现对第一龙伯透镜1和第二龙伯透镜7对应的多个振子单元进行调节的方案，例如包括：调整第一发射角度序列和/或发射功率，其实现方式与图6所示实施例提供的龙伯透镜天线中，单个龙伯透镜的方案类似，此处不再进行赘述。
图9为本申请实施例四提供的龙伯透镜天线的结构示意图，如图9所示，本实施例提供的龙伯透镜天线在图2所示实施例提供的龙伯透镜天线的基础上，增加了第二龙伯透镜7，则本实施例提供的龙伯透镜天线还包括：
第二龙伯透镜7，第二龙伯透镜7的入射端71与第一龙伯透镜1的入射端11位于同一侧；
第二振子单元组8，第二振子单元组8包括多个振子单元81，多个振子单元81按照第二布放方式设置在第二龙伯透镜7的入射端71一侧，并通过第二龙伯透镜7向目标覆盖区域发射功率不同的窄波束，第一振子单元组2对应的多个窄波束与第二振子单元组8对应的多个窄波束形成覆盖目标覆盖区域的第二宽波束。
第二分配器3，第二分配器3与第二振子单元组8电连接，用于向第二振子单元组8的多个振子单元81馈入功率不同的基站信源，以使第二宽波束在目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号覆盖强度。
第一龙伯透镜1和第二龙伯透镜7上下设置，第一振子单元组2和第二振子单元组8分别设置于两个具有上下位置关系的水平面上，其中，第一振子单元组2与第二振子单元组8在竖直方向对齐，第一振子单元组2对应的多个窄波束与第二振子单元组8对应的多个窄波束通过波束重叠形成覆盖目标覆盖区域的第二宽波束，第二宽波束的垂直波束宽度小于或等于第一宽波束的垂直波束宽度。
如图9所示，在一种可能的实现方式中，第一龙伯透镜1和第二龙伯透镜7上下垂直设置，两个透镜相接、相交或者上下隔离，其中，相交是指从相交面切除相交部分形成的透镜。第一振子单元组2和第二振子单元组8分别通过第一龙伯透镜1和第二龙伯透镜7，形成水平宽波束。第一振子单元组2的振子单元21与第二振子单元组8的振子单元81排列方式相同，第一振子单元组2的基本振子单元与第二振子单元组8的基本振子单元同时指向一个最远覆盖点，使第一振子单元组2和第二振子单元组8形成的波束重叠，合成水平波束宽度不变、垂直波束更窄、增益更高的天线，实现更远距离的高增益覆盖。第一振子单元组2和第二振子单元组8分配信源功率相同，第一分配器3、第二分配器3通过二功分器接入基站信源。
图10为本申请实施例四提供的龙伯透镜天线的另一种结构示意图，如图10所示，在另一种可能的实现方式中，第一龙伯透镜1和第二龙伯透镜7上下垂直设置，两个透镜相接、相交或者上下隔离。第一振子单元组2和第二振子单元组8分别通过第一龙伯透镜1和第二龙伯透镜7，形成水平宽波束。第一振子单元组2的基本振子单元与第二振子单元组8的基本振子单元同时指向一个最远覆盖点，第一振子单元组2与第二振子单元组8的基本振子单元和其他其它振子单元排列相同，其它振子单元交错排列，使第一振子单元组2和第二振子单元组8的波束部分重叠、部分互补，合成水平波束宽度不变、垂直波束覆盖远处的更窄和覆盖近处的宽、增益更高的天线，实现更远距离的高增益覆盖。第一振子单元组2与第二振子单元组8中振子单元的数量，根据覆盖远近的垂直波束赋形要求确定。根据具体地天线方向图赋形要求确定第一振子单元组2和第二振子单元组8中各振子单元分配功率，通过第一分配器3、第二分配器3入基站信源。
图11为图9或图10所示实施例提供的龙伯透镜天线的功能示意图，如图11所示，由第一龙伯透镜1和第二龙伯透镜7组成的龙伯透镜天线设置路测5G基站上，用于提供5G信号的覆盖，当目标列车处于远端信号覆盖边缘时，为了实现对目标列车所在区域的精确覆盖，避免由于振子单元发射的窄波束信号发射至地面或其他区域引起的反射影响信号覆盖质量，列车所在区域对应的子覆盖区域的纵向范围较小，信号能量被集中在一个较小的纵向范围内，从而提高信号增益。随着列车的驶近，其对应所在区域的纵向范围也逐渐变大，相对与当列车处于远端信号覆盖边缘时，信号能量被分散在一个较大的纵向范围内，此时信号增益降低。
本实施例提供的龙伯透镜天线，采用上下设置的第一龙伯透镜1和第二龙伯透镜7，以及对应的第一振子单元组2、第二振子单元组8，第一分配器3、第二分配器3，通过将向目标覆盖区域边缘的窄波束进行混叠压缩，使信号能量集中在一个较小的纵向范围内，提高信号增益，提高目标覆盖范围边缘处的信号覆盖效果。
本申请提供了一种MIMO天线，包括多个如图2-图11所对应的任一实施例提供的龙伯透镜天线。本申请提供的龙伯透镜MIMO天线为龙伯透镜天线的组合，包括第一龙伯透镜、振子单元组和分配器，能够实现5G基站MIMO信号的宽波束、高增益覆盖，使目标覆盖区域获得良好均匀的信号，同时避免了电磁波的叠加干涉，提高了信号覆盖效率。示例性地，振子单元组的振子单元是交叉极化的组合振子，构成2通道发收天线，N个龙伯透镜天线组合，构成2N个通道的MIMO天线。
本申请提供了一种基站，包括如图2-图11所对应的任一实施例提供的龙伯透镜天线。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。
Claims (14)
1.一种龙伯透镜天线，其特征在于，应用于基站，所述龙伯透镜天线包括：
第一龙伯透镜；
第一振子单元组，所述第一振子单元组包括多个振子单元，所述多个振子单元按照第一布放方式设置在所述第一龙伯透镜的入射端一侧，并通过所述第一龙伯透镜向目标覆盖区域发射功率不同的窄波束，形成覆盖所述目标覆盖区域的第一宽波束；所述第一布放方式包括：将预设第一振子数量的振子单元以预设的第一发射角度序列，沿水平方向设置在所述第一龙伯透镜的入射端一侧表面；
第一分配器，所述第一分配器与所述多个振子单元电连接，用于向所述多个振子单元馈入功率不同的基站信源，以使所述第一宽波束在所述目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号覆盖强度，以及用于控制向所述多个振子单元馈入的基站信源的相位，以使所述多个振子的信号相位一致，所述信号相位一致包括所述多个振子单元发射的电磁波信号的相位相同，或者相差整数周期倍；
所述目标覆盖区域包括多个子覆盖区域，所述基站与所述子覆盖区域之间相距第一覆盖距离，所述第一分配器具体用于：
向所述多个振子单元分别馈入功率与所述第一覆盖距离匹配的基站信源，以使所述第一宽波束在所述子覆盖区域形成与所述第一覆盖距离对应的信号覆盖强度。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一分配器向所述多个振子单元馈入的基站信源的功率与所述第一覆盖距离正相关。
3.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，所述龙伯透镜天线还包括：
振子驱动器，所述振子驱动器与所述振子单元连接，所述振子驱动器用于驱动所述多个振子单元移动，使所述第一振子单元组以不同的入射角度和入射点通过所述龙伯透镜发射窄波束。
4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述龙伯透镜天线还包括：
控制器，所述控制器与所述第一分配器，和/或所述振子驱动器电连接，所述控制器用于根据用户指令信息，向所述第一分配器，和/或所述振子驱动器发送控制指令，以调节所述第一分配器向所述多个振子单元馈入的基站信源的功率，和/或控制所述多个振子单元的移动。
5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述龙伯透镜天线还包括：
环境传感器，所述环境传感器与所述控制器电连接，所述环境传感器用于获取所述龙伯透镜天线周围的环境信息，所述环境信息用于表征所述龙伯透镜天线与所述目标覆盖区域之间的位置关系；
所述控制器还用于根据所述环境信息，向所述第一分配器，和/或所述振子驱动器发送控制指令，以调节所述第一分配器向所述多个振子单元馈入的基站信源的功率，和/或控制所述多个振子单元的移动。
6.根据权利要求4或5所述的天线，其特征在于，所述龙伯透镜天线还包括：
第二龙伯透镜，所述第二龙伯透镜的入射端与所述第一龙伯透镜的入射端位于同一侧；
第二振子单元组，所述第二振子单元组包括多个振子单元，所述多个振子单元按照第二布放方式设置在所述第二龙伯透镜的入射端一侧，并通过所述第二龙伯透镜向目标覆盖区域发射功率不同的窄波束，所述第一振子单元组对应的多个窄波束与所述第二振子单元组对应的多个窄波束形成覆盖所述目标覆盖区域的第二宽波束。
7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述第二振子单元组与所述第一分配器电连接，所述第一分配器用于分别向所述第一振子单元组和所述第二振子单元组中的振子单元馈入功率不同的基站信源，以使所述第二宽波束在所述目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号覆盖强度。
8.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述龙伯透镜天线还包括：
第二分配器，所述第二分配器与所述第二振子单元组电连接，用于向所述第二振子单元组的所述多个振子单元馈入功率不同的基站信源，以使所述第二宽波束在所述目标覆盖区域的不同位置形成对应的信号覆盖强度。
9.根据权利要求7或8所述的天线，其特征在于，所述第一龙伯透镜和所述第二龙伯透镜水平设置，所述第一振子单元组和所述第二振子单元组设置于同一水平面，其中，所述第二宽波束的边缘位置对应的振子单元的发射功率大，中心位置对应的振子单元的发射功率小，所述第二宽波束的水平波束宽度大于或等于所述第一宽波束的水平波束宽度。
10.根据权利要求7或8所述的天线，其特征在于，所述第一龙伯透镜和所述第二龙伯透镜上下设置，所述第一振子单元组和所述第二振子单元组分别设置于两个具有上下位置关系的水平面上，其中，所述第一振子单元组中的多个振子单元与所述第二振子单元组中的多个振子单元在竖直方向对齐，所述第一振子单元组对应的多个窄波束与所述第二振子单元组对应的多个窄波束通过波束重叠形成覆盖所述目标覆盖区域的第二宽波束，所述第二宽波束的垂直波束宽度小于或等于所述第一宽波束的垂直波束宽度。
11.根据权利要求10所述的天线，其特征在于，所述宽波束对应的无线信号频率在Sub6GHz频段。
12.根据权利要求10所述的天线，其特征在于，所述振子单元为交叉极化的组合振子。
13.一种多进多出天线，其特征在于，包括多个如权利要求1-12任一项所述的龙伯透镜天线。
14.一种基站，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的龙伯透镜天线。
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| GR01 | Patent grant | ||
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