龍勃透鏡，也叫龍伯透鏡或倫伯透鏡，英文名Luneburg lens。這種透鏡的模型，最早是1944年由美國數學家魯道夫·卡爾·盧納伯格（Rudolf Karl Lüneburg）提出的。龍勃，也就是盧納伯格。
盧納伯格1903年生於德國，在哥廷根（Gttingen）獲得博士學位，1935年移居德國，擅長數學和光學。他的著作《Mathematical Theory of Optics（光學的數學理論）》在學術界佔有一席之地。
龍勃透鏡是透鏡的一種。說到透鏡，大家應該比較熟悉，例如凸透鏡、凹透鏡，可以對光線進行匯聚和發散。
龍勃透鏡比較特殊，它是一個完整球形的透鏡，如下圖所示：
龍勃透鏡
它可以將入射的特定波長的電磁波匯聚，匯聚到球面上的某一個點。同樣的，它也可以將電磁波沿著原方向反射回去。
入射與反射
大家會發現，電磁波（光線）在球體中發生了「拐彎」的現象。
是的，如果球體是均勻的同類介質，裡面的電磁波（光線）是不可能「拐彎」的。龍勃透鏡模型的一個重要前提，就是球體從外到內材料的介電常數是梯度變化的。
看不懂？別慌！簡單理解，它就像一個洋蔥結構，從外到內，是一層一層的。每層材料的折射率不一樣，從而導致了電磁波（光線）的拐彎。
洋蔥結構（層數越多，效果越理想）
在自然界中並不存在這樣的天然材料。在1944年，以當時的材料和工藝水平，也造不出完美的透鏡實物。
但是，龍勃透鏡很有用。為什麼有用？因為龍勃透鏡可以讓任何方向入射的電磁波，都會匯聚到球面上的某一個點上。
這適合什麼用途？對，天線。
只要在球體表面放上饋源，就可以產生很好的增益效果。讓信號朝指定的方向輻射，也可以接收指定方向過來的信號。
龍勃透鏡天線的輻射效果演示
進入50年代之後，越來越多的學者參與到對龍勃透鏡的研究之中。1958年，G.Peeler等人搞出了幾種龍勃透鏡天線的分層方法，並設計出了一些二維和三維的龍勃透鏡天線模型，算是比較突出的成果。但是，還是因為材料和工藝的原因，相關研究無法取得更大的進展，逐漸陷入停滯。
60年代的時候，美國人曾經嘗試將龍勃透鏡引入軍用領域。當時，美國研發宙斯盾系統遇到瓶頸，於是，搞了一個「提豐」艦空飛彈計劃。計劃裡面的SPG-59雷達，就是基於龍勃透鏡的原理。
SPG-59結構及實物
不過，雷達造出來之後並沒有達到理想的效果，天線增益太低，探測能力太弱，最終也是無疾而終。
SPG-59雷達內部的複雜饋源陣列和導線
進入90年代，隨著材料和加工製造工藝水平的成熟，人們重新開始啟動對龍勃透鏡的研究。這一期間，不管是理論研究，還是實物製造，都有了不少突破。值得一提的是瑞典學者John R.Sanford。他在94-95年發表了多篇文章，對龍勃透鏡天線理論的發展做出了重大貢獻。
進入21世紀之後，陸續有學者造出了性能良好的天線原型。產業界方面，也開始有了實用型產品問世。2004年，日本JSAT株式會社與住友電氣工業株式會社聯合推出了「Lune-Q」新型龍勃透鏡天線系列。該天線系列主要用於衛星通信，可以接收多個衛星信號。
相比傳統拋物面衛星天線，龍勃透鏡天線具有良好的耐風性能。
後來，住友電氣又把龍勃透鏡天線用在測風雷達上。
測風雷達天線
法國也曾經嘗試在高速列車上安裝龍勃透鏡天線，以接收衛星電視信號。澳大利亞還開建了一個佔地一平方公裡的射電天文龍勃透鏡天線陣列（SKA），用到了2000多個透鏡單元，非常壯觀。
SKA陣列（2008年開建，2018年完工）
再之後，龍勃透鏡天線的發展出現了三個重要的機遇。
第一個，是3D列印技術的不斷成熟。3D列印，更好地解決了透鏡天線製造工藝的問題，也大幅降低了成本。這相當於拉低了透鏡天線的製造門檻。
3D列印的龍勃透鏡天線
第二個，是軍用隱身技術的快速發展。進入21世紀之後，世界列強大力發展五代戰鬥機，還有各種隱身戰艦，非常強調隱身性能。由於龍勃透鏡對平面波束的聚焦特性，當雷達波通過該透鏡時，透鏡的雷達反射截面積比其物理截面要大很多。因此，龍勃透鏡被廣泛用於製造雷達反射器，用於提高武器自身雷達反射截面積。
例如，我們國家最先進的隱身飛機殲-20，就會掛載龍勃透鏡。如果不掛，連自己的雷達都發現不了，無法進行有效指引。
殲20掛載的龍勃透鏡
龍勃透鏡
第三個，是毫米波技術的快速發展。毫米波通信需要天線有更高的增益，更好的波束能力，而龍勃透鏡天線非常擅長。藉此機遇，龍勃透鏡天線開始逐漸在移動通信領域進行應用。
2015年，美國運營商AT&T在芝加哥的一次音樂節上，使用了一種名為「Giant Eyeball（大眼球）」的新型天線，就是一種龍勃透鏡天線。據說該天線效果顯著，可以提供比傳統單波天線多10倍的容量。
Giant Eyeball（大眼球）
2018年，美國的科技初創公司Lunewave宣布自己完成了500萬美金的種子輪融資。這家公司就是利用3D列印技術，製造基於龍勃透鏡技術的車載雷達傳感器。
他們製造的傳感器，號稱具有360°視野，即使在遠距離和惡劣天氣下，也可以實現車輛周圍環境的高解析度探測。
Lunewave使用3D列印製成的龍勃透鏡 (圖片來源：Lunewave)
國內在龍勃透鏡天線商業化方面也有突破。2017年，蘇州海天新天線科技股份有限公司研製成功了一款「龍伯球天線」，並於2019年亮相上海MWC，吸引了廣泛關注。
「龍伯球天線」（發明人是肖良勇教授，命名為「肖氏天線」）
(圖片來源：通信世界網)
該產品發明人肖良勇教授介紹，龍伯球支持超寬頻率範圍，可廣泛應用於大規模應急通信保障、Wi-Fi高密度覆蓋、4G網絡大容量擴容改造及5G移動通信大容量、高速率數據傳輸場景。其超輕特性在高增益雷達、航天、航空、天文射電觀測等無線通信與信息化建設領域具有潛在開發前景。
肖良勇教授
去年12月，佛山市粵海信通訊有限公司也發布了自家的新一代龍勃透鏡天線。該天線據稱通過了試點驗證，能夠對天線波束賦形，獲得高增益、窄波束的方向圖，更貼近狹長分布的公路鐵路橋，滿足橋區的覆蓋需求。
發布會現場展示的龍勃透鏡天線
粵海信官網展示的5G龍勃透鏡天線產品
（工作頻率4.2-4.9GHz，增益20dBi）
除了上述公司之外，國內還有多個團隊在進行龍勃透鏡天線方面的研究，也積累了不少專利。國內的多所高校，包括電子科大、東南大學等，也在龍勃透鏡天線方面輸出了不少成果。
既然是天線黑科技，作為運營商來說，當然是不會放過的。國內三大運營商一直對龍勃透鏡天線保持著極大的關注，也有所動作。
2018年，中移動就在陝西鹹陽的高鐵渭河鐵路橋上，進行了龍勃透鏡天線的測試。根據透露出來的數據顯示，覆蓋效果遠遠好於普通天線。
此後，中移動還在河南汴梁等地進行了類似的測試。再後來，在一些演唱會等重大保障場合，中移動也進行了龍勃透鏡天線的測試，取得了不錯的效果。
2019年4月，在陝西黃陵的軒轅黃帝公祭典禮上，陝西聯通進行了5G直播和通信保障，據說也採用了龍勃透鏡5G天線。
龍勃天線真正引起通信行業的廣泛關注，是源於去年網上流傳的一篇文章（作者鐵流，公號已被刪，可以百度搜「技術革新，新型5G天線」，還能看到一些轉載）。文章聲稱，龍勃透鏡天線可以顯著增加5G天線的覆蓋範圍，從而大幅降低5G建設成本。後來很多媒體炒作，就變成了「無龍勃，不5G」。也就是說，他們認為5G時代將是龍勃透鏡天線一統江湖。
不可否認，無論從理論上還是試驗上，龍勃透鏡5G天線都有非常優異的表現——和傳統5G天線相比，龍勃透鏡5G天線更適合多波束，輻射單元更少，饋電網絡更簡單，可靠性更高，用電更少，功耗更低，甚至重量也更輕。
但是，想要短時間內使用龍勃透鏡天線全面取代傳統天線，這是不可能的。
現在5G大規模建設已經啟動，大家可以看到，並沒有採用龍勃透鏡天線。主要原因還是龍勃透鏡天線的技術和產業成熟度問題。
從材料、工藝各方面來看，龍勃透鏡天線都還沒有到大規模低成本生產製造的程度。對於5G這樣的全國型通信基礎設施，沒有產業鏈支撐的技術和產品，是不可能被輕易採用的。
而且，龍勃透鏡天線屬於專利技術，只有少部分廠商掌握。在這種情況下，運營商是不可能貿然All in的，很容易受制於人。
所以，像前面所說，中國移動暫時還是在應急保障等特殊場合進行龍勃透鏡天線的測試，密切觀望其後續發展狀態。
如果龍勃透鏡天線能夠在5G毫米波網絡建設全面啟動之前（目前國內主要是建設Sub6頻段的5G），徹底完成產業化，具有很完善的產業體系，那麼，它才有可能在未來的5G市場中佔據一席之地。如果它做不到，不好意思，只能等6G了。
好了，關於龍勃透鏡天線的介紹，就到這裡。感謝大家的耐心觀看，我們下期再見！
參考文獻：
1、《多波束龍伯透鏡天線技術研究》，劉璟
2、《Lunewave龍勃透鏡毫米波雷達成自動駕駛汽車「雙眼」》，胡薇
3、《Lunewave發明3D列印龍勃透鏡，專攻自動駕駛市場》，DeepTech深科技
4、《60GHz空氣介質龍伯透鏡天線的研究》，劉唯
5、《分層龍伯透鏡天線技術分析》，鐘鳴海
6、《龍伯球天線助力5G發展，黑科技驚豔世移會》，通信世界網
7、《高增益、廣覆蓋、降功耗：解碼粵海信新一代龍伯透鏡天線》，通信產業網
來源：鮮棗課堂
編輯：Dannis