專欄文章

介質透鏡天線具有高增益與低旁波瓣位準優勢，常被探討應用於多細胞網路擴容；新加坡MATSING公司研發球體介質透鏡天線，並成功導入大型室內體育館場景，使得高容量場域之涵蓋品質有顯著之提升。

傳統上平板型基站天線，會隨天線個數增加而衍生較多旁波瓣，容易造成應用上涵蓋盲區，而介質透鏡天線透過低增益的饋源將能量聚焦實現。因饋源天線不需高增益設計，所以有相對寬的波束寬角度與較少的旁波瓣數量，亦即介質透鏡最終的合成場型仍有賴於饋源天線的場型所決定。

目前介質透鏡的形狀包括有圓柱狀與球狀結構，圓柱狀外型若用來產生多波束天線應用，僅能在水平向產生波束偏移效果，透過不同饋源天線場型入射角度達到多波束場型涵蓋，較常應用於行動網路扇形區域容量擴充。

圖一為中國西安海天天線公司之圓柱形介質透鏡天線專利技術，該專利內容發現採用介質透鏡天線在高增益下垂直波束寬表現更寬，覆蓋面積更大，可大幅減少基站建設數量，與節降維運成本。由於介質透鏡天線所採用的陣列單元數量不多，因此，與傳統平板型天線相比，饋入網路的傳輸損耗較低，整體天線輻射效率高，耗能表現佳。

圖一、中國西安海天天線公司開發介質透鏡天線

若採用球狀介質透鏡，則可同時產生水平與垂直維度多波束佈排效果，如圖二為球狀介質透鏡內部饋源擺放與場型指向之示意，倘若在左下方配置饋源，則波束會在右上方產生，反之亦然，透過球體軸對稱特性產生多波束應用。此種設計對於室內場域需要更多網路細胞擴充將更具彈性，目前如室內體育場館或戶外大型球場等人潮聚集處，皆有相關導入案例。圖三為新加坡MATSING公司的球體介質透鏡天線應用於美國佛羅里達州阿美來球場(Amalie Arena)室內體育館場景，藉此提供高容量網路需求之天線解決方案。

每個球體介質透鏡天線可以提供48個細胞覆蓋，取代傳統平板型天線使用單一介質透鏡之產品，因此，可大幅減少天線所需的建置數量與佈建成本。此種佈建方式可以有較佳的直視傳播路徑，類似此種場域的網路擴容方案亦有將天線佈放在座位區下方，讓基站天線與用戶端的接取距離達到最短，同時透過功率調整來限縮涵蓋範圍，以達到多細胞涵蓋，但整體的安裝與佈線仍較為複雜。 

圖二、球狀介質透鏡之饋源天線配置與場型指向示意圖

圖三、MATSINＧ公司球狀介質透鏡導入應用室內體育館場景

基於Luneburg架構所開發之介質透鏡天線，其關鍵技術仍在於透鏡材料的研發與取得，需評估不同介質對於電磁波折射率表現，以達到最終聚焦效果，且需同時考量材質損耗以及材料加工性等，目前相關技術仍掌握幾個特定廠家。

參考資料

[1] [Online]. Available:  https://gpss2.tipo.gov.tw/, Patent. No.：CN110518353B.

[2] KEY CHARACTERISTICS OF MATSING BASE STATION ANTENNAS, [Online]. Available:  https://matsing.com/base-station.

[3] Leo Matytsine, Pavel Lagoiski, Michael Matytsine and Serguei Matitsine, “Large Size, Lightweight, Luneburg Lenses for Multi-beam Antenna Applications”, 6th EUCAP, 2011.