[发明专利]一种电磁波透镜及天线及天线阵列

说明书

本发明提供一种电磁波透镜，经过该透镜的波束的横截面的轮廓形状近似于矩形或正方形，这样可用最少的透镜天线来实现无盲区的信号覆盖。包括内核体以及包裹住所述内核体的若干介质层；内核体的介电常数为1.7～2.3，最外层的介质层的介电常数为1～1.2，由内核体至最外层的介质层，各层的介电常数越来越小；特别地，所述内核体为长方体，各介质层的外形也均为长方体。调试人员实际上可以在避免不同波束大面积互相交叠的情况下，更为简单和精准地完成地面覆盖的调试工作。本发明还提供一种采用这种电磁波透镜的天线，以及还提供了一种电磁波透镜天线阵列。

技术领域

本发明涉及通信设备生产领域，更具体地说，涉及一种用于控制电磁波传播方向及控制电磁波的波瓣边界形状的透镜，以及涉及一种使用该种透镜的天线，以及一种天线阵列。

背景技术

电磁波透镜是一种能够对电磁波起到汇聚作用的无源装置。其中一种电磁波透镜的结构形式便是著名的龙伯透镜。

天线振子结合龙伯透镜可被制成龙伯透镜天线，龙伯透镜天线具有旁瓣和后瓣小，方向图好、增益高、无需复杂运算等优点，而这些优点在天线振子是运行在高频度时，譬如目前的5G通讯频段甚至是日后的6G通信频段时，其所能够达到的效果甚至是MassiveMIMO（大规模多入多出）方式所不能达到的。

龙伯透镜虽然有比较好的垂直方向图和水平方向图，但其波束的横截面的轮廓形状理论上为圆形，于是在使用多个龙伯透镜天线的信号来覆盖某片场地时，这些龙伯透镜天线的信号不可避免地需要进行较大面积的交叠，才能确保目标场地没有“盲区”，这相当于需要使用较多的龙伯透镜天线才能确保目标场地没有“盲区”，这无疑是增加了建设成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种电磁波透镜，经过该透镜的波束的横截面的轮廓形状近似于矩形或正方形，这样可用最少的透镜天线来实现无盲区的信号覆盖。

采用以下的技术方案：

一种电磁波透镜，包括内核体以及包裹住所述内核体的若干介质层；内核体的介电常数为1.7～2.3，最外层的介质层的介电常数为1～1.2，由内核体至最外层的介质层，各层的介电常数越来越小；特别地，所述内核体为长方体，各介质层的外形也均为长方体，经过电磁波透镜的波束的横截面的轮廓形状近似于矩形或正方形。

本电磁波透镜可以被视为是龙伯透镜的一种变形，其增益的均匀度虽然逊于龙伯透镜，但胜在经过该透镜的波束的横截面的轮廓形状能够近似于矩形或正方形。而矩形或正方形是一种可密铺的形状，可密铺的形状是指要覆盖一个面积时，多个相同的该形状能够不重叠且不留间隙地覆盖这个面积。容易知道，想要不留间隙地覆盖一个特定大小的面积时，在单个形状的面积一定的情况下，可密铺形状的数量相比不可密铺形状的数量更少，这也就意味着使用更少的电磁波透镜及天线。

天线振子发出的电磁波经过本透镜后，其增益的均匀度不及龙伯透镜主要表现在：波束的横截面的外轮廓一周的增益显著较横截面的中心的高。但虽然如此，当天线振子以及透镜距离想要覆盖的场地的距离合适时，增益的这种程度的不均匀性是不会对通信产生很明显的影响的，相比之下此时“可密铺”的投影形状带来的正面效果则要有意义得多。由于波束的横截面的轮廓形状近似于矩形或正方形，于是波束沿任一垂直面而投向地面，即使该投射不是正投影，波束在地面上的投影的轮廓依然是矩形或者是正方形，由于这样的投影轮廓带有接近直线的边缘，此时调试人员因为能够预判到波束在地面上的投影的轮廓----相当于调试人员能够预判到波束在地面上的覆盖轮廓和边界位置，于是此时调试人员实际上可以在避免不同波束大面积互相交叠的情况下，更为简单和精准地完成地面覆盖的调试工作。本电磁波透镜结合天线振子而制成透镜天线应用在一些运动场或者歌剧院时，其覆盖特点相比部署龙伯透镜天线或者Massive MIMO方式的天线都更有优势。

本发明的电磁波透镜的介质层的总数量优选在3～20之间。