[发明专利]一种透镜、该透镜的设计方法及应用该透镜的透镜天线

说明书

本发明提供了一种透镜，其能解决现有通信天线用透镜制作复杂、成本高的问题。其包括N块材质相同、形状结构相同的介质板且N≥3，N块介质板以相等的间距d沿介质板的厚度直线方向平行排列且N块介质板的几何中心共线，间距d为相邻两块所述介质板的厚度中心线之间的垂线距离，N块介质板由中心层和镜向对称地设置于中心层两侧的端侧层构成，N块介质板沿排列的直线方向自中心层向端侧层板厚度逐渐变薄、板平面尺寸逐渐减小，N块介质板的外轮廓能拟合包络形成球面或圆柱面，且N块介质板在几何中心处的垂直截面的外轮廓拟合包络形成直径为D的圆形包络曲线。

技术领域

本发明涉及移动通信天线领域，尤其是涉及透镜天线领域，具体为一种透镜、该透镜的设计方法及应用该透镜的透镜天线。

背景技术

随着移动通信技术的发展，特别是5G通信技术的应用，在满足常规信号覆盖的基础上，一些诸如大型场馆、商业广场、高铁、隧道等特殊场景的信号覆盖成为通信环境改善所关注的重点。

为了满足特殊场景下信号覆盖的具体要求，阵列排布的波束赋性天线被作为常规解决方案大量使用；但在高铁沿线、大型演唱会、互动现场等需要点状波束(spot beam)的应用场景下，传统的阵列天线口径面效率低的劣势被无限放大。基于此，近年来具有高增益及高口径面效率优点的透镜天线开始逐渐替代传统的阵列天线来应用于民用基站。

但作为透镜天线的透镜部分，其对材料要求极其苛刻，材料成本居高不下，诸如龙勃透镜，菲涅尔透镜等特殊结构，即便随着3D打印技术及发泡技术等新兴技术的成熟，其制作成本也依然高昂，成为制约透镜天线普及于民用的关键因素。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种透镜，其能解决现有通信天线用透镜制作复杂、成本高的问题；为此，本发明还提供了该种透镜的设计方法及应用该种透镜的透镜天线。

本发明的一种透镜，其技术方案为：其包括N块材质相同、形状结构相同的介质板且N≥3，所述介质板的介电常数≥1.6，N块介质板以相等的间距d沿介质板的厚度直线方向平行排列且所述N块介质板的几何中心共线，所述间距d为相邻两块所述介质板的厚度中心线之间的垂线距离，所述N块介质板由中心层和镜向对称地设置于中心层两侧的端侧层构成，所述N块介质板沿排列的直线方向自中心层向端侧层板厚度逐渐变薄、板平面尺寸逐渐减小，所述N块介质板的外轮廓能拟合包络形成球面或圆柱面，且所述N块介质板在几何中心处的垂直截面的外轮廓拟合包络形成直径为D的圆形包络曲线。

进一步的，所述中心层为单块所述介质板或为两块厚度相等的所述介质板；当所述中心层为两块厚度相等的介质板时，该两块厚度相等的介质板的板厚度中心线之间的垂线距离为d。

进一步的，所述介质板为圆形，N块呈圆形的介质板同心设置且以相等的间距d沿厚度方向间隔平行排列，N块呈圆形的介质板沿排列的直线方向厚度逐渐变薄、直径逐渐减小。

进一步的，所述介质板呈矩形，N块呈矩形的介质板沿厚度方向、以相等的间距d平行间隔排布且各介质板的几何中心共线，N块呈矩形的介质板沿排列的直线方向厚度逐渐变薄、板平面内任一直线方向尺寸逐渐减小。

更进一步的，N块呈矩形的介质板沿排列的直线方向长度或宽度逐渐减小。

一种透镜天线，其包括天线罩和上述透镜，构成透镜的所述介质板呈矩形，所述天线罩与介质板的材质相同，所述天线罩与构成上述透镜的各介质板通过拉挤成型的方式一体化成型。

进一步的，所述透镜中的介质板的数量为(N+1)/2或N/2，且该数量的介质板仅由中心层及设置于中心层一侧的端层构成，所有介质板的外轮廓能拟合包络形成半球面或半圆柱面，且所有介质板在几何中心处的垂直截面的外轮廓拟合包络形成直径为D的半圆形包络曲线。

进一步的，其还包括用于对各所述介质板进行限位固定的固定装置。