一种灾后应急恢复通信用圆柱介质透镜天线及恢复方法技术

本发明专利技术属于移动通信基站天线技术领域，具体涉及一种灾后应急恢复通信用圆柱介质透镜天线及恢复方法，该天线包括圆柱介质透镜、天线单元组和金属底板，所述圆柱介质透镜由人工介质材料制成；所述天线单元组包括若干个天线单元，每个天线单元为独立个体，固定在金属底板上，两者形成一个整体；所述天线单元组沿所述圆柱介质透镜的焦点弧线等高均匀排列成一行；本发明专利技术有效的解决了现有技术中灾后应急恢复通信方法效率低以及板状天线垂直波瓣窄、覆盖面积小的问题。盖面积小的问题。盖面积小的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种灾后应急恢复通信用圆柱介质透镜天线及恢复方法


[0001]本专利技术属于无线电天线
，尤其涉及一种灾后应急恢复通信用圆柱介质透镜天线及恢复方法。
技术背景
[0002]随着移动通信4G、5G、MIMO、卫星通信、雷达、电子战等市场的需求迅速扩张，对作为无线出入口的天线提出了新的技术要求。其中最重要的是天线要能承载更多的信息容量，以及具备更大的覆盖范围，以减少天线基站的设立，降低建设成本。
[0003]传统移动通信系统中多采用水平面半功率波瓣宽度为65
°
的天线覆盖120
°
扇区。如果要增大用户容量，一般是增多频点，即使用多频集成的多天线技术，但此类天线内部结构复杂，体积较大，对于某些环境架设困难。同时受频率资源限制，为增大容量，也曾采用“劈裂天线”技术，它将每个扇区分成两个扇区，即2波束/120
°
覆盖。为实现“劈裂天线”需用多级巴特勒矩阵，然而，由于存在不对称波束、隔离度、网络损耗导致增益损失、频带窄等问题，同时结构非常复杂，能耗、成本、重量等大幅上升，导致“劈裂天线”难以实现大规模应用。
[0004]近年发展的圆柱介质透镜天线是一种解决方案。圆柱介质透镜天线是以龙伯透镜理论为基础的一种新型介质透镜天线，其可以汇聚、捕捉任意方向上的电磁波，也可以向任意方向发射或馈送电磁波，只需沿着透镜表面放置多个馈源，就可以同时接收/发射多个信号，其具有承载多天线、多波束潜力。
[0005]在大面积受灾的场景下，基站天线的重要性显得尤为突出，如：及时传输救援信号以及受灾群众之间的通信等，但大面积受灾后往往伴随着基站的倒塌、天线的毁损，从而导致无线信号中断通信受阻，给社会以及人民带来重大且不可挽回的损失；在目前的救援场景下，为快速恢复通信，大多数做法是将板状天线安装在受灾区临近的山上，以提供一定范围的信号辐射，但此种做法在安装效率上还是达不到救援的需求，同时还会受到地形的限制，进而导致有效辐射范围过小；当然利用板状天线也有诸多的缺点，如：板状天线的垂直波瓣较窄，其在垂直方向上覆盖范围达不到预期目标。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种灾后应急恢复通信用圆柱介质透镜天线及恢复方法，以解决现有技术中灾后应急恢复通信方法效率低以及板状天线垂直波瓣窄覆盖面积小的问题。
[0007]本专利技术是采用如下技术方案来实现的：
[0008]第一方面，一种灾后应急恢复通信用圆柱介质透镜天线，包括圆柱介质透镜、天线单元组和金属底板，所述圆柱介质透镜由人工介质材料制成；所述天线单元组包括若干个天线单元，每个天线单元为独立个体，固定在金属底板上，两者形成一个整体；所述天线单元组沿所述圆柱介质透镜的焦点弧线等高均匀排列成一行。
[0009]进一步的，所述天线单元组的水平中心线与圆柱介质透镜上表面距离的取值范围为7
‑
35cm。
[0010]进一步的，所述天线单元组每组包括n个独立的天线单元，n的取值取决于人工介质圆柱介质透镜直径。
[0011]进一步的，所述天线单元组包括3个单高频双极化天线单元。
[0012]进一步的，所述天线单元组中相邻天线单元距离的取值范围为1
‑
12cm，天线单元到所述圆柱介质透镜间的天线焦距取值为4
‑
15cm。
[0013]进一步的，所述单高频天线单元含有一对+/
‑
45
°
极化偶极子天线。
[0014]进一步的，所述各个天线单元辐射最大方向通过所述圆柱介质透镜的中轴线，所述圆柱介质透镜高度为40
‑
70cm，直径为30
‑
70cm。
[0015]第二方面，一种灾后应急恢复通信的方法，将第一方面中所述的圆柱介质透镜天线安装在无人机上，且优化下倾角为35.5
°
，并升空至2000m高空，进行信号传输。
[0016]与现有技术相此本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0017]本专利技术通过圆柱介质透镜的外焦弧线上设置三个独立的并排排列的+/
‑
45
°
极化偶极子天线，经透镜形成三个独立波束，可以覆盖水平面120
°
，在实际应用中可以在360
°
全向上设置3个圆柱介质透镜天线，便可将3波束扩容成9波束，以此设置相较于传统板状天线可以对信息容量进行大幅度提升；同时利用本圆柱介质透镜天线在垂直方向上，其垂直波瓣要此板状天线的垂直波瓣宽，故其可覆盖高层建筑；
[0018]场强方面，在同样的发射功率、高度以及发射频率的情况下，本圆柱介质透镜天线区域内平均场强要高于普通板状天线的覆盖场强，以此，提高了波束增益，扩大了有效接受范围；
[0019]通过以无人机加装圆柱介质透镜天线的组合形式，将其直接垂直升空2000m高空，可以快速的起到信号的搭建及传输，避免了传统的山顶或山上的安装，提高了救援效率。
附图说明
[0020]图1为本专利技术圆柱介质透镜天线立体结构示意图；
[0021]图2为本专利技术圆柱介质透镜天线俯视结构示意图；
[0022]图3为本专利技术圆柱介质透镜天线主视结构示意图；
[0023]图4为本专利技术圆柱介质透镜天线与传统板状天线水平波束3扇区范围实测对此图；
[0024]图5为本专利技术圆柱介质透镜天线与传统板状天线水平波束9扇区范围实测对此图；
[0025]图6为本专利技术圆柱介质透镜天线与传统板状天线垂直波束范围实测对此图；
[0026]图7为本专利技术圆柱介质透镜天线与传统板状天线在高2000m、频率为1880MHz时，垂直波束的场强与覆盖距离变化曲线图；
[0027]图8为本专利技术圆柱介质透镜天线与传统板状天线在高2000m、频率为1880MHz时，水平波束的场强与覆盖面积变化范围图；
[0028]图9为本专利技术圆柱介质透镜天线与传统板状天线在高2000m、频率为2515MHz时，垂直波束的场强与覆盖距离变化曲线图；
[0029]图10为本专利技术圆柱介质透镜天线与传统板状天线在高2000m、频率为2515MHz时，水平波束的场强与覆盖面积变化范围图；
[0030]图11为本专利技术单高频双极化天线单元结构示意图。
[0031]附图标记说明：
[0032]1‑
圆柱介质透镜、2
‑
金属底板、3
‑
单高频双极化天线单元、301
‑
高频天线单元、302
‑
单高频双极化天线单元
‑
45
°
偶极子、303
‑
单高频双极化天线单元+45
°
偶极子、4
‑
板状天线水平波瓣、5
‑
圆柱介质透镜天线水平波瓣、6
‑
圆柱介质透镜天线垂直波瓣、7
‑
板状天线垂直波瓣本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种灾后应急恢复通信用圆柱介质透镜天线，其特征在于，包括圆柱介质透镜(1)、天线单元组和金属底板(2)，所述圆柱介质透镜(1)由人工介质材料制成；所述天线单元组沿所述圆柱介质透镜(1)的焦点弧线等高均匀排列成一行，所述天线单元组每组包括n个独立的单高频双极化天线单元(3)，n的取值取决于人工介质圆柱介质透镜(1)的直径，每个单高频双极化天线单元(3)为独立个体，固定在金属底板(2)上，两者形成一个整体。2.如权利要求1所述的圆柱介质透镜天线，其特征在于，所述天线单元组包括3个单高频双极化天线单元(3)。3.如权利要求2所述的圆柱介质透镜天线，其特征在于，所述单高频双极化天线单元(3)含有一对+/
‑
45
°
极化偶极子天线。4.如权利要求1所述的圆柱介质透镜天线，其特征在于，所述天线单元组的水平中心线与圆柱介质透镜(1)上表面距离的取...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖良勇，张霖，焦西斌，肖兵，王建青，陈滢，李天佐，
申请(专利权)人：西安海天天线科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：