CN111430935B - 一种基于龙伯透镜天线的数模混合的3d波束赋形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于龙伯透镜天线的数模混合的3D波束赋形装置，包括：龙伯透镜；N个布设在龙伯透镜背后的馈源阵列，呈天然球形分布；P组射频TR模组，与所述馈源阵列对应连接，其中P≤N；P组开关矩阵，与所述射频TR模组一一对应连接，用于实现模拟波束赋形；P组信道模数组件，与所述P组开关矩阵一一对应连接；P组数据流编码器，分别与所述信道模数组件一一对应连接，用于实现信道数字预编码。本发明采用基于龙伯透镜天线的相控阵数模混合的3D波束赋形模式，大幅度降低了纯数字波束赋型中傅里叶变换(IFFT)计算量，取消了大规模数字移相器和幅度控制器，有效降低了基站能耗。

Description

一种基于龙伯透镜天线的数模混合的3D波束赋形装置

技术领域

本发明涉及天线领域，尤其涉及一种基于龙伯透镜天线的数模混合的3D波束赋形装置。

背景技术

随着无线通信技术的发展，无线网络的丰富应用带动了无线数据业务的迅速增长。据权威机构预测，未来10年数据业务将以每年1.6-2倍的速率增长，这将给无线接入网络带来巨大的挑战，因此这就要求未来通信系统设计能够更加高效地利用带宽资源，大幅度提升频谱效率。中国移动、中国广电的5G频率分布在3GHz以下的低频段，中国广电的频率分布在1GHz以下的700MHz频段，虽然该频段适合远距离传输，由于波长长，体积大，不利于Massive MIMO波束赋型。

Massive MIMO(又称large scale MIMO)技术，是指基站端采用大规模天线阵列，天线数超过十根甚至上百根，并且在同一时频资源内服务多个用户的多天线技术，该技术由贝尔实验室的Marzetta于2010年首次提出，目前已成为5G无线通信领域最具潜力的研究方向之一。

相控阵天线是目前较为主流的Massive MIMO多波束天线形式。传统相控阵天线在进行波束赋形时只需改变各个单元的激励幅度与相位，在移相器精度足够的情况下可以使用较少的单元数目实现较高精度的赋型特性。但在实际应用中，32TR组件以上波束赋型后，天线互偶已经很严重，天线性能指标严重下降。且赋形通过开关矩阵、移相器、调幅器、功分器等部件实现天线波束模拟数字混合赋形，功耗很大。

因此在本领域，提供一种无需移相器、调幅器和功分器实现天线波束模拟、且无需通过增加天线馈源数量来提高天线增益的天线赋形装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于龙伯透镜天线的数模混合的3D波束赋形装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的第一方面，提供一种基于龙伯透镜天线的数模混合的3D波束赋形装置，包括：

龙伯透镜；

N个布设在龙伯透镜背后的馈源阵列，呈天然球形分布；

P组射频TR模组，与所述馈源阵列对应连接，其中P≤N；

P组开关矩阵，与所述射频TR模组一一对应连接，用于实现模拟波束赋形；

P组信道模数组件，与所述P组开关矩阵一一对应连接；

P组数据流编码器，分别与所述信道模数组件一一对应连接，用于实现信道数字预编码。

进一步地，所述信道模数组件包括逆速IFFT模块、循环前缀CP模块、数模转换DAC模块、模数转换ADC模块和变频器；所述射频TR组件包括发射机功率放大模块PA、接收机低噪声放大器模块LNA、多工器；

在发射阶段，用户需求信号上传后，控制中心会根据用户时空信息和数据需求进行信道和波束调度，信道模数组件通过逆速IFFT模块执行快速傅里叶变换IFFT，并通过循环前缀CP模块将循环前缀CP作为信号处理附加到信号上，其数目与发射机天线单元的数目完全相同，之后经数模转换DAC模块和变频器处理后发出；信号通过信道模数组件处理后进入开关矩阵进行信道和波束调度分配，分配后的射频RF信号进入发射机功率放大模块PA进行信号放大，放大后的RF信号进入多工器进行滤波和混合，RF信号多工后进入馈源阵列，再通过龙伯透镜进行光学变换，将RF信号天线增益提高后，在指定的波束发射出去；

在接收阶段，信号路径与所述发射阶段相反，馈源阵列通过龙伯透镜在指定的波束内接收外部发过来的RF信号，经多工器滤波后，通过接收机低噪声放大器模块LNA降噪放大进入开关矩阵；通过变频器和模数转换ADC模块后，进入循环前缀CP模块去除信号的循环前缀，同时通过逆速IFFT模块执行快速逆傅里叶变换后进入数据流编码器解码。

进一步地，所述N个布设在龙伯透镜背后的馈源阵列包括设置于所述龙伯透镜的最大切平面的外周的其中半侧的第一馈源组。

进一步地，所述的N个布设在龙伯透镜背后的馈源阵列还包括设置于与所述最大切平面平行的第二切平面的外周的对应半侧的第二馈源组；

和/或：

所述的N个布设在龙伯透镜背后的馈源阵列还包括设置于与所述最大切平面平行的第三切平面的外周的对应半侧的第三馈源组。

进一步地，所述馈源阵列中的每个馈源均包括：

反射板；

两个垂直交叉分布的半波长偶极子，每个所述半波长偶极子均包括两个交叉极化阵子臂；

四个L型谐振器，分别位于四个交叉极化阵子臂之间；

四个巴伦，每个巴伦的一端分别与其中一个交叉极化阵子臂的内端连接，每个巴伦的另一端均与所述反射板连接；

内导体，位于四个巴伦形成的腔体内部的底部，与反射板连接；

两个倒U型馈电部，位于四个巴伦形成的腔体内部，均包括一个水平方向的耦合馈电片和两个分别与耦合馈电片两端连接的垂直传输线，所述垂直传输线还与内导体连接；两个耦合馈电片垂直分布；

输入输出接头，设置于其中一个巴伦的外侧底部，与所述开关矩阵切换式连接；

半波长偶极子相较于反射板靠近龙伯透镜，且方向指向龙伯透镜的球心。

进一步地，所述馈源还包括：

固定介质板，位于所述半波长偶极子远离反射板的一侧，分别与半波长偶极子和L型谐振器连接。

进一步地，所述反射板的外侧设置有一定高度的围边。

进一步地，所述围边粘贴吸收材料。

进一步地，所述交叉极化阵子臂的外端向反射板方向弯折。

进一步地，所述馈源均包括：

一个第一馈源，所述第一馈源采用所述的馈源；

两个自带反射板的第二馈源，分别设置于所述第一馈源的两侧；所述第二馈源采用所述的馈源，且大小小于所述第一馈源；并分别通过柱体抬高。

本发明的有益效果是：

(1)本发明其中一示例性实施例提供该种基于龙伯透镜天线的数模混合的3D波束赋形装置实现massiveMIMO的波束赋型，采用基于龙伯透镜天线的相控阵数模混合的3D波束赋形模式，其中数模混合赋型是将信道数字预编码(采用信道数字预编码实现数据流编码器)和模拟射频信道(采用射频电路中矢量开关矩阵实现模拟波束赋型)相结合，利用龙伯透镜天线天然球形实现3D波束赋形，大幅度降低了纯数字波束赋型中傅里叶变换(IFFT)计算量，取消了大规模数字移相器和幅度控制器，有效降低了基站能耗。

而且在同等条件下，增加了馈源数量，提高了TR组件的数量，增加了射频通道数量，扩大了数据传输能力，有效解决了低频段5G透镜天线实现MassiveMIMO多波束高增益的难题。

(2)本发明其中一示例性实施例公开多种不同馈源的布阵形式，以适合不同场合。

(3)本发明其中一示例性实施例公开的一种小型化宽频带龙伯透镜天线馈源，解决了长期困扰的龙伯透镜(圆球透镜/椭球透镜)天线在低频段实现宽频带馈源的难题，具体实现的是双极化天线，采用两个垂直交叉分布的半波长偶极子呈±45°交叉设计，即可实现±45°双极化宽带天线，通过在半波长偶极子之间增加四个L型谐振器，可以产生一个新的可控谐振模式，展宽带宽，并不增加天线的尺寸，只要控制耦合强度就可以实现模式可控；同时控制L型谐振器的尺寸和阵子臂的间距，就可实现宽带天线的设计。

(4)本发明的又一示例性实施例公开的一种小型化宽频带龙伯透镜天线馈源，通过固定介质板将半波长偶极子和L型谐振器的位置进行固定。

(5)本发明的又一示例性实施例公开的一种小型化宽频带龙伯透镜天线馈源，为了提高天线与天线之间的隔离度，在反射板的外侧设置有一定高度的围边；而在又一示例性实施例中，围边粘贴吸收材料，专门吸收折射波，从而提高天线的效果，避免当围边提高到一定程度，就会影响天线的辐射。

(6)本发明的又一示例性实施例公开的一种小型化宽频带龙伯透镜天线馈源，通过在交叉极化阵子臂的外端向反射板方向弯折，减少天线之间的耦合，从而尽可能增加天线馈源的数量，以提高天线的传输能力，降低馈源之间的距离尽可能小。

(7)本发明的又一示例性实施例公开的一种小型化宽频带龙伯透镜天线馈源的多频段馈源组，包括：将两种馈源结合排布，同时实现各大运营商希望的高频段的天线频段需要覆盖的1710MHz-2690MHz和低频段的天线频段需要覆盖到698-960MHz。

附图说明

图1为本发明一示例性实施例公开的结构方框图；

图2为本发明一示例性实施例公开的信道模数组件(图2A)和射频TR组件(图2B)结构示意图；

图3为本发明一示例性实施例公开的其中一种馈源布阵示意图；

图4为本发明一示例性实施例公开的图3的馈源布阵的水平方向图和垂直方向图；

图5为本发明一示例性实施例公开的又一种馈源布阵示意图；

图6为本发明一示例性实施例公开的图5的馈源布阵的水平方向图和垂直方向图；

图7为本发明一示例性实施例公开的又一种馈源布阵示意图；

图8为本发明一示例性实施例公开的图7的馈源布阵的水平方向图和垂直方向图；

图9为本发明一示例性实施例公开的又一种馈源布阵示意图；

图10为本发明一示例性实施例公开的图9的馈源布阵的水平方向图和垂直方向图；

图11为本发明一示例性实施例公开的又一种馈源布阵示意图；

图12为本发明一示例性实施例公开的图11的馈源布阵的水平方向图和垂直方向图；

图13为本发明一示例性实施例公开的又一种馈源布阵示意图；

图14为本发明一示例性实施例公开的图13的馈源布阵的水平方向图和垂直方向图；

图15为本发明一示例性实施例公开的馈源透视结构示意图；

图16为本发明一示例性实施例公开的安装有固定介质板的馈源结构示意图；

图17为本发明一示例性实施例公开的安装有固定介质板的馈源透视结构示意图；

图18为本发明一示例性实施例公开的交叉极化阵子臂弯折的馈源结构示意图；

图19为本发明一示例性实施例公开的馈源实验方向图；

图20为本发明一示例性实施例公开的实验带宽驻波示意图；

图21为本发明一实例性实施例公开的多频段馈源组结构示意图；

图中，101-半波长偶极子，1011-交叉极化阵子臂，102-L型谐振器102，103-巴伦，104-倒U型馈电部，105/105’-反射板，106-固定介质板，107-输入输出接头，108-内导体，109-柱体，10A-第一馈源，10B-第二馈源，G1-第一馈源组，G2-第二馈源组。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

参见图1，图1示出了本发明其中一示例性实施例提供的一种基于龙伯透镜天线的数模混合的3D波束赋形装置，包括：

龙伯透镜；

N个布设在龙伯透镜背后的馈源阵列，呈天然球形分布；

P组射频TR模组，与所述馈源阵列对应连接，其中P≤N；

P组开关矩阵，与所述射频TR模组一一对应连接，用于实现模拟波束赋形；

P组信道模数组件，与所述P组开关矩阵一一对应连接；

P组数据流编码器，分别与所述信道模数组件一一对应连接，用于实现信道数字预编码。

具体地，相较于现有技术的相控阵天线，该龙伯透镜天线3D波束赋形装置实现massiveMIMO的波束赋型，采用基于龙伯透镜天线的相控阵数模混合的馈源布阵(及馈电方式)，其中数模混合赋型是将信道数字预编码(采用信道数字预编码实现数据流编码器)和模拟射频信道(采用射频电路中矢量开关矩阵实现模拟波束赋型)相结合，利用龙伯透镜天线天然球形实现3D波束赋形，大幅度降低了纯数字波束赋型中傅里叶变换(IFFT)计算量，取消了大规模数字移相器和幅度控制器，有效降低了基站能耗。

而且在同等条件下，增加了馈源数量，提高了TR组件的数量，增加了射频通道数量，扩大了数据传输能力，有效解决了低频段5G透镜天线实现MassiveMIMO多波束高增益的难题。

其中，龙伯透镜可以采用复合人工介质透镜。同时，馈源阵列可以采用交叉极化馈源(+45°和－45°)。

在该示例性实施例相对于普通相控阵天线，透镜天线单波束增益高且相等，通过天然球形赋型；普通相控阵天线通过开关矩阵、移相器、调幅器、功分器等器件调幅调相来赋型，通过增加天线馈源单元数量来提高天线增益，通过众多馈源单元后面的PA功率合成。具体比较详见下表：

从以上表分析看，透镜天线从很多方面都比普通板状相控阵天线在性能上优越。

更优地，在一示例性实施例中，如图2所示，图2A中，所述信道模数组件包括逆速IFFT模块、循环前缀CP模块、数模转换DAC模块、模数转换ADC模块和变频器；图2B中，所述射频TR组件包括发射机功率放大模块PA、接收机低噪声放大器模块LNA、多工器；

在发射阶段，用户需求信号上传后，控制中心会根据用户时空信息和数据需求进行信道和波束调度，信道模数组件通过逆速IFFT模块(图2A中的+IFFT)执行快速傅里叶变换IFFT，并通过循环前缀CP模块(图2A中的+CP)将循环前缀CP作为信号处理附加到信号上，其数目与发射机天线单元的数目完全相同，之后经数模转换DAC模块和变频器(图2A中的上变频器)处理后发出；信号通过信道模数组件处理后进入开关矩阵进行信道和波束调度分配，分配后的射频RF信号(图2B)进入发射机功率放大模块PA进行信号放大，放大后的RF信号进入多工器进行滤波和混合，RF信号多工后进入馈源阵列，再通过龙伯透镜进行光学变换，将RF信号天线增益提高后，在指定的波束发射出去；

在接收阶段，信号路径与所述发射阶段相反，馈源阵列通过龙伯透镜在指定的波束内接收外部发过来的RF信号，经多工器滤波后，通过接收机低噪声放大器模块LNA降噪放大进入开关矩阵；通过变频器(图2A中的下变频器)和模数转换ADC模块后，进入循环前缀CP模块(图2A中的-CP)去除信号的循环前缀，同时通过逆速IFFT模块(图2A中的-IFFT)执行快速逆傅里叶变换后进入数据流编码器解码。

更优地，在一示例性实施例中，所述n个馈源阵列包括设置于所述龙伯透镜的最大切平面的外周的其中半侧的第一馈源组G1。

同时，更优地，在又一示例性实施例中，所述的n个馈源阵列还包括设置于与所述最大切平面平行的第二切平面的外周的对应半侧的第二馈源组G2；

和/或：

所述的N个布设在龙伯透镜背后的馈源阵列还包括设置于与所述最大切平面平行的第三切平面的外周的对应半侧的第三馈源组G3。

基于上述两种部分方式，下述6个实施例分别公开6种不同馈源的的布阵，可适用于不同场合。

(1)16波束32流的低频段5GmassiveMIMO龙伯透镜天线

在该示例性实施例中，16波束龙伯透镜天线采用直径为1400mm的球形透镜，±45°交叉极化(或左右圆极化)馈源16个，馈源布阵见图3，其包括具有8个馈源的第一馈源组G1、具有4个馈源的第二馈源组G2、具有4个馈源的第二馈源组G3，第二馈源组G2位于第一馈源组G1的上方，第二馈源组G3位于第一馈源组G1的下方。水平方向图和垂直方向图见图4的左右。应该示例性实施例公开的天线用于超大型人口密集区域，如超大型复杂体育场、广场、超大型复杂集市、集会等场合。

(2)12波束24流的低频段5GmassiveMIMO龙伯透镜天线

在该示例性实施例中，12波束龙伯透镜天线采用直径为1400mm的球形透镜，±45°交叉极化(或左右圆极化)馈源12个，馈源布阵见图5，其包括具有8个馈源的第一馈源组G1和具有4个馈源的第二馈源组G2，而第二馈源组G2包括位于第一馈源组G1的上方的4个。水平方向图和垂直方向图见图6的左右。应用于大型人口密集区域，如大型复杂商场、写字楼、学校、机场、车站、码头、公园、大型复杂集市、集会等场合。

(3)8波束16流的低频段5GmassiveMIMO龙伯透镜天线

在该示例性实施例中，8波束龙伯透镜天线采用直径为1400mm的球形透镜，±45°交叉极化(或左右圆极化)馈源8个，馈源布阵见图7，其包括具有8个馈源的第一馈源组G1。水平方向图和垂直方向图见图8的左右。应用于相对人口密集区域，如大型小区、广场、学校、机场、车站、码头、公园，大型集市、集会等场合。

(4)8波束16流的低频段5GmassiveMIMO龙伯透镜天线

在该示例性实施例中，8波束龙伯透镜天线采用直径为1000mm的球形透镜，±45°交叉极化(或左右圆极化)馈源8个，馈源布阵见图9，其包括具有4个馈源的第一馈源组G1和具有2个馈源的第二馈源组G2、具有2个馈源的第二馈源组G3，第二馈源组G2位于第一馈源组G1的上方，第二馈源组G3位于第一馈源组G1的下方。水平方向图和垂直方向图见图10的左右。应用于高楼林立的复杂城市覆盖，复杂地形的机场、车站、码头、公园等场合，中型复杂集市、集会场合。

(5)6波束12流的低频段5GmassiveMIMO龙伯透镜天线

在该示例性实施例中，6波束龙伯透镜天线采用直径为1000mm的球形透镜，±45°交叉极化(或左右圆极化)馈源6个，馈源布阵见图11，其包括具有4个馈源的第一馈源组G1和具有2个馈源的第二馈源组G2，而第二馈源组G2包括位于第一馈源组G1的上方的2个。水平方向图和垂直方向图见图12的左右。应用于复杂城区或山城覆盖，应用于公路、铁路、桥梁等覆盖。

(6)4波束8流的低频段5GmassiveMIMO龙伯透镜天线

在该示例性实施例中，4波束龙伯透镜天线采用直径为1000mm的球形透镜，±45°交叉极化(或左右圆极化)馈源4个，馈源布阵见图13，水平方向图和垂直方向图见图14的左右。应用于农村、城乡结合部、县市级城市覆盖。

更优地，而在又一示例性实施例中，如图15～图17所示，所述馈源阵列中的每个馈源均包括：

反射板105；

两个垂直交叉分布的半波长偶极子101，每个所述半波长偶极子均包括两个交叉极化阵子臂1011；

四个L型谐振器102，分别位于四个交叉极化阵子臂1011之间；

四个巴伦103，每个巴伦103的一端分别与其中一个交叉极化阵子臂1011的内端连接，每个巴伦103的另一端均与所述反射板105连接；

内导体108，位于四个巴伦103形成的腔体内部的底部，与反射板105连接；

两个倒U型馈电部104，位于四个巴伦103形成的腔体内部，均包括一个水平方向的耦合馈电片和两个分别与耦合馈电片两端连接的垂直传输线，所述垂直传输线还与内导体108连接；两个耦合馈电片垂直分布；

输入输出接头，设置于其中一个巴伦103的外侧底部，与所述开关矩阵切换式连接；

半波长偶极子101相较于反射板105靠近龙伯透镜，且方向指向龙伯透镜的球心。

具体地，在该示例性实施例中，实现的是双极化天线，采用两个垂直交叉分布的半波长偶极子101呈±45°交叉设计，即可实现±45°双极化宽带天线。同时这种振子(即偶极子)，通常相对带宽为10％，800MHz中心频率，带宽只有80MHz，无法满足698～960MHz之间的共262MHz的带宽。因此，为了提高带宽，在该示例性实施例中，在半波长偶极子101之间(即四个交叉极化阵子臂1011之间)增加四个L型谐振器102，可以产生一个新的可控谐振模式，展宽带宽，并不增加天线的尺寸，只要控制耦合强度就可以实现模式可控；同时控制L型谐振器102的尺寸和阵子臂的间距，就可实现宽带天线的设计。

另外，通过倒U型馈电部104即可以改善阻抗匹配。所述倒U型馈电部104由两部分组成，两个垂直方向的传输线和水平方向的耦合馈电片。两个倒U型馈电部104呈垂直分布。同时输入输出接头107用于与外部的数据处理部件连接，从而进行数据的双向传输。

将该馈源具体应用于龙伯透镜天线时可以设置为多个(如上述示例性实施例中所示)，其中半波长偶极子101相较于反射板105更加靠近龙伯透镜，且方向指向龙伯透镜的球心。

更优地，在一示例性实施例中，如图16和图17所示，所述馈源还包括：

固定介质板106，位于所述半波长偶极子101远离反射板105的一侧，分别与半波长偶极子101和L型谐振器102连接。

由于L型谐振器102需要设置于半波长偶极子101的四个交叉极化阵子臂1011之间，因此通过固定介质板106将两者的位置进行固定。

另外，可以采用如图所示的通孔固定安装方式进行固定安装。

更优地，在一示例性实施例中，每个交叉极化阵子臂1011和对应连接的L型谐振器102一体成型。

即在制作过程中，将交叉极化阵子臂1011(即偶极子)与巴伦切割一次成型。

更优地，在一示例性实施例中，如图15～图17所示，所述输入输出接头107设置为两个，分别设置于两个相邻的巴伦103的外侧底部。

更优地，在一示例性实施例中，如图16和图17所示，所述反射板105的外侧设置有一定高度的围边。

具体地，为了提高天线与天线之间的隔离度，在该示例性实施例中提高了天线反射板的围边。

更优地，在一示例性实施例中，所述围边粘贴吸收材料。

具体地，由于设置了围边，当围边提高到一定程度，就会影响天线的辐射，为此，在该示例性实施例中把围边粘贴吸收材料，专门吸收反射波，从而提高天线的效果。

更优地，如图18所示，所述交叉极化阵子臂1011的外端向反射板方向弯折。

具体地，由于透镜天线的尺寸一定的情况下，应尽可能增加天线馈源的数量，以提高天线的传输能力，因此就要求馈源之间的距离尽可能小，但是间距小就会造成天线的隔离度降低。为此，在该示例性实施例中，如图18所示，将天线的振子(即交叉极化阵子臂1011)折弯，从而减少天线之间的耦合。

下述内容采用HFSS进行分析设计，上述示例性实施例采用L型谐振器102能引入可控的谐振模式。模式的移动是由耦合强度控制。通过实物测试天线在690-960MHz范围内S11≤-15dB，相对带宽达到35.7％。带内隔离度大于28dB。天线增益为8.65±0.35dBi。H面半功率波瓣宽度为65.5±3.5°。方向图和带宽驻波示意图分别如图19和图20所示。

更优地，如图21所示，在一示例性实施例中，所述馈源可实现多频段馈源组，馈源均包括：

一个第一馈源10A，所述第一馈源10A采用上述任意一示例性实施例所述的馈源；

两个自带反射板105’的第二馈源10B，分别设置于所述第一馈源10A的两侧；所述第二馈源10B采用上述任意一示例性实施例所述的馈源，且大小小于所述第一馈源10A；并分别通过柱体109抬高。

在现阶段随着5G的运营，各大运营商希望高频段的天线频段需要覆盖1710MHz-2690MHz，低频段需要覆盖到698-960MHz。对移动通信天线不仅要求尺寸的小型化，宽带阻抗匹配，还要求宽带的增益和特定的半功率波瓣宽度，还要求宽带的辐射特性。

因此在该示例性实施例中，在天线馈源组布阵中采用90°正交交叉布阵结构，这种交叉结构的天线在两个交叉极化阵子臂1011之间正好为高频阵子预留了一定的空间。为了提高天线的利用率，我们按照高低频间隔布阵的方式布阵，兼容了698-960MHz和1710-2690MHz两个频段。

其中，所述第一馈源10A覆盖698-960MHz的频段，所述第二馈源10B覆盖1710MHz-2690MHz的频段。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种基于龙伯透镜天线的数模混合的3D波束赋形装置，其特征在于：包括：

龙伯透镜；

N个布设在龙伯透镜背后的馈源阵列，呈天然球形分布；

P组射频TR模组，与所述馈源阵列对应连接，其中P≤N；

P组开关矩阵，与所述射频TR模组一一对应连接，用于实现模拟波束赋形；

P组信道模数组件，与所述P组开关矩阵一一对应连接；

P组数据流编码器，分别与所述信道模数组件一一对应连接，用于实现信道数字预编码；

所述馈源阵列中的每个馈源均包括：

反射板；

两个垂直交叉分布的半波长偶极子，每个所述半波长偶极子均包括两个交叉极化阵子臂；

四个L型谐振器，分别位于四个交叉极化阵子臂之间；

四个巴伦，每个巴伦的一端分别与其中一个交叉极化阵子臂的内端连接，每个巴伦的另一端均与所述反射板连接；

内导体，位于四个巴伦形成的腔体内部的底部，与反射板连接；

两个倒U型馈电部，位于四个巴伦形成的腔体内部，均包括一个水平方向的耦合馈电片和两个分别与耦合馈电片两端连接的垂直传输线，所述垂直传输线还与内导体连接；两个耦合馈电片垂直分布；

输入输出接头，设置于其中一个巴伦的外侧底部，与所述开关矩阵切换式连接；

半波长偶极子相较于反射板靠近龙伯透镜，且方向指向龙伯透镜的球心；

所述反射板的外侧设置有一定高度的围边，所述围边粘贴吸收材料；

所述交叉极化阵子臂的外端向反射板方向弯折。

2.根据权利要求1所述的一种基于龙伯透镜天线的数模混合的3D波束赋形装置，其特征在于：

所述信道模数组件包括逆速IFFT模块、循环前缀CP模块、数模转换DAC模块、模数转换ADC模块和变频器；所述射频TR组件包括发射机功率放大模块PA、接收机低噪声放大器模块LNA、多工器；

在发射阶段，用户需求信号上传后，控制中心会根据用户时空信息和数据需求进行信道和波束调度，信道模数组件通过逆速IFFT模块执行快速傅里叶变换IFFT，并通过循环前缀CP模块将循环前缀CP作为信号处理附加到信号上，其数目与发射机天线单元的数目完全相同，之后经数模转换DAC模块和变频器处理后发出；信号通过信道模数组件处理后进入开关矩阵进行信道和波束调度分配，分配后的射频RF信号进入发射机功率放大模块PA进行信号放大，放大后的RF信号进入多工器进行滤波和混合，RF信号多工后进入馈源阵列，再通过龙伯透镜进行光学变换，将RF信号天线增益提高后，在指定的波束发射出去；

在接收阶段，信号路径与所述发射阶段相反，馈源阵列通过龙伯透镜在指定的波束内接收外部发过来的RF信号，经多工器滤波后，通过接收机低噪声放大器模块LNA降噪放大进入开关矩阵；通过变频器和模数转换ADC模块后，进入循环前缀CP模块去除信号的循环前缀，同时通过逆速IFFT模块执行快速逆傅里叶变换后进入数据流编码器解码。

3.根据权利要求1所述的一种基于龙伯透镜天线的数模混合的3D波束赋形装置，其特征在于：所述N个布设在龙伯透镜背后的馈源阵列包括设置于所述龙伯透镜的最大切平面的外周的其中半侧的第一馈源组。

4.根据权利要求3所述的一种基于龙伯透镜天线的数模混合的3D波束赋形装置，其特征在于：所述的N个布设在龙伯透镜背后的馈源阵列还包括设置于与所述最大切平面平行的第二切平面的外周的对应半侧的第二馈源组；

和/或：

所述的N个布设在龙伯透镜背后的馈源阵列还包括设置于与所述最大切平面平行的第三切平面的外周的对应半侧的第三馈源组。

5.根据权利要求1所述的一种基于龙伯透镜天线的数模混合的3D波束赋形装置，其特征在于：所述馈源还包括：

固定介质板，位于所述半波长偶极子远离反射板的一侧，分别与半波长偶极子和L型谐振器连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于龙伯透镜天线的数模混合的3D波束赋形装置，其特征在于：所述馈源均包括：

一个第一馈源，所述第一馈源采用所述的馈源；

两个自带反射板的第二馈源，分别设置于所述第一馈源的两侧；所述第二馈源采用所述的馈源，且大小小于所述第一馈源；并分别通过柱体抬高。

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