關(guān)鍵詞：龍勃透鏡，多波束天線

龍勃透鏡也叫龍伯透鏡，英文Luneburg lens，提到透鏡人們往往想起凸透鏡或凹透鏡，凸透鏡和凹透鏡對(duì)光線有匯聚或發(fā)散的作用，既然透鏡對(duì)光有匯聚的作用，那么是否存在一種透鏡能對(duì)電磁波起到匯聚作用？這樣能把微弱的電磁信號(hào)放大。

答案是肯定的，魯?shù)婪颉た枴けR納伯格（Rudolf Karl Lüneburg）很早之前就提出了一種透鏡方法，如圖1所示，可以把平行入射的電磁波匯聚到一點(diǎn)，經(jīng)過(guò)業(yè)界多年研究和發(fā)展，目前該透鏡已逐步成熟并且在一些行業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用，這就是龍勃透鏡。

圖1，龍勃透鏡聚焦原理

1，龍勃透鏡的優(yōu)點(diǎn)

能匯聚電磁波的其實(shí)不只龍勃透鏡一種，任何增益大于0dBi的天線都對(duì)電磁波有匯聚作用，那為什么還要費(fèi)盡心思研究這種透鏡呢？

德國(guó)哲學(xué)家黑格爾說(shuō)過(guò)“存在即合理”我想用在這里也是合適的，既然無(wú)數(shù)人投入到龍勃透鏡研究中，龍勃透鏡肯定有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的，目前龍勃透鏡相比于傳統(tǒng)天線大致有如下兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

1.1、傳統(tǒng)天線增益大小與天線陣子數(shù)量有關(guān)，即增益越高天線陣子數(shù)量越多（組陣后面積也越大），對(duì)應(yīng)的功分網(wǎng)絡(luò)越復(fù)雜導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)損耗越大，增益做到一定極限時(shí)無(wú)法繼續(xù)提升。

龍勃透鏡天線增益大小只與天線橫截面積有關(guān)，不需要復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，其次透鏡介質(zhì)損耗可以很低，相同的天線口徑往往龍勃透鏡具有更高的天線增益。

1.2、隨著通信行業(yè)對(duì)高帶寬要求越來(lái)越高，頻譜資源越來(lái)越緊張，各種技術(shù)層出不窮頻譜效率已基本接近香農(nóng)理論極限，提升頻譜效率越發(fā)困難，為了提高覆蓋區(qū)域內(nèi)通信帶寬多波束應(yīng)運(yùn)而生。

傳統(tǒng)的多波束天線是采用巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)加天線陣列實(shí)現(xiàn)，巴特勒矩陣饋電網(wǎng)絡(luò)非常復(fù)雜且損耗較大，而龍勃透鏡由于對(duì)稱性做多波束天線具有與生俱來(lái)的優(yōu)勢(shì)，且不需要復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，只需要多個(gè)饋源依次排開即可實(shí)現(xiàn)多波束，相較于傳統(tǒng)多波束天線而言具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，增益較高，且波束之間相互影響較小。

以上兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)足以讓龍勃透鏡天線在激烈的天線行業(yè)占據(jù)一席之地。

2，仿真案例

2.1：?jiǎn)尾ㄊ埐哥R天線

按照龍勃透鏡原理建立一個(gè)直徑為150mm的一個(gè)球型透鏡，如圖2中藍(lán)色球體，饋源天線置于透鏡一端，輻射方向朝向透鏡一側(cè)接收經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后的電磁波，經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后天線增益見圖3，增益達(dá)到18dBi。

圖2，龍勃透鏡天線模型

圖3龍勃透鏡天線3D方向圖

圖4龍勃透鏡天線2D方向圖

2.2多波束龍勃透鏡天線

圖5，三波束龍勃透鏡天線

圖6，三波束龍勃透鏡天線2D方向圖

以上可以三個(gè)波束間隔30度指向不同方向，把一個(gè)約60°扇區(qū)分成三個(gè)波束可以近似提高三倍的通信容量。

圖7，天線空間電場(chǎng)強(qiáng)度分布

可以看出天線前方電磁場(chǎng)幾乎按照平面電磁波向前方傳輸。

圖7，天線空間電場(chǎng)矢量方向分布

可以看出天線前方的電場(chǎng)方向幾乎是指向水平方向交變變化。

以上兩圖符合真實(shí)電磁波傳播現(xiàn)象。

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