CN109891671B - 包括金属结构的波束成形天线组件 - Google Patents

包括金属结构的波束成形天线组件 Download PDF

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Abstract

提供了一种通信技术及其系统，将支持比后第4代(4G)系统更高数据传输速率的第5代(5G)通信系统与物联网(IoT)技术相融合。通信技术及其系统可以应用于基于5G通信技术和IoT相关技术的智能服务(例如，智能家居、智能建筑、智能城市、智能汽车或联网汽车、医疗保健、数字教育、零售业务、安全和安全相关服务)。此外，提供了一种包括金属结构的波束成形天线组件，具体地，提供了一种能够最小化由于金属的影响而导致的波束成形天线的通信失真的波束成形天线组件。

Description

包括金属结构的波束成形天线组件
技术领域
本公开涉及一种包括金属结构的波束成形天线组件。更具体地，本公开涉及一种能够最小化由于金属的影响而导致的波束成形天线的通信失真的波束成形天线组件。
背景技术
随着第4代(4G)通信系统商业化的实现，目前人们正致力于开发增强的第5代(5G)通信系统或前5G通信系统，以满足对无线数据通信的日益增长的需求。因此，5G通信系统或前5G通信系统被称为超4G网络通信系统或后长期演进(LTE)系统。为了实现高数据传输速率，人们正在考虑在毫米波频带(例如，60GHz频带)中实现5G通信系统。为了减轻在毫米波频带中电子波的任何路径损耗及增加电子波的传输距离，已经在5G通信系统中考虑了波束成形、大规模多输入输出(MIMO)、全维多输入输出(FD-MIMO)、阵列天线、模拟波束成形和大规模天线等技术。此外，为了增强5G通信系统中的网络，已经开发了创新小基站、先进小基站、云无线接入网(云RAN)、超密集网络、设备到设备通信(D2D)、无线回程、移动网络、协作通信、协调多点(CoMP)和干扰消除等技术。此外，已经为5G系统开发了高级编码调制(ACM)方法：混合频移键控(FSK)、正交幅度调制(QAM)、调制正交幅度调制(FQAM)和滑动窗口叠加编码(SWSC)，以及高级接入技术：滤波器组多载波(FBMC)、非正交多址接入(NOMA)和稀疏码多址接入(SCMA)。
互联网已经从基于人的连接网络进行创新，在基于人的连接网络中人类生成并消费信息到物联网(IoT)网络，而物联网网络向并且从分布式构成要素(例如，事物等)供给、接收和处理信息。已经出现了通过连接到云服务器使大数据处理技术与物联网技术相结合的万物互联(IoE)技术。为了实现物联网，需要诸如传感技术、有线和无线通信和网络基础设施、服务接口技术和安全技术等的技术要素，因此，现已研发了用于事物之间连接的传感器网络技术、机器对机器(M2M)技术和机器类型通信(MTC)技术。在物联网环境中，可以具有收集并分析在连接的事物中生成的数据的智能互联网技术(IT)服务，以为人类生活提供新的价值。通过现有信息技术(IT)和各行业之间的融合和复合，物联网可以应用于智能家居、智能建筑、智能城市、智能汽车或联网汽车、智能电网、医疗保健、智能家电和高科技医疗服务领域。
因此，已经有将5G通信系统应用于IoT网络的各种尝试。例如，诸如传感器网络、M2M和MTC的技术已经通过波束成形技术、MIMO技术和阵列天线技术的5G通信技术实现。可以认为前述大数据处理技术的云RAN的应用是5G技术和IoT技术的融合的示例。
5G通信技术的最大特征是，以距离为基础电波损耗在高频带中比在低频带中增加得多。然而，由于波长同时缩短，通过使用多天线的高增益模拟定向天线以达到波束成形，电波损耗可以被克服。因此，应用多天线的波束成形设计是5G通信中的一个重要研究方向。
更具体地，用于波束成形的天线的外围有金属，当波束成形天线扫描以搜索适合于电波传输的波束时，电波被金属阻挡，天线的扫描性能可能因此恶化。因此，在不解决这类问题时，存在着5G天线和金属无法一起使用的问题。
以上信息仅作为背景信息呈现以帮助理解本公开。关于上述任何一点是否适用于关于本公开的现有技术没有做出任何确定或任何断言。
发明内容
技术问题
本公开的各方面旨在至少解决上述问题和/或缺陷，并至少提供下述优势。因此，本公开的一个方面在于提供一种波束成形天线组件，其包括金属结构，金属结构可以将通过波束成形天线发射的波束传输到外部，而不会失真和被金属阻挡。
问题解决方案
根据本公开的一个方面，提供了一种波束成形天线组件。波束成形天线组件包括具有凹槽的金属结构，以及设置在金属结构凹槽处的波束成形天线，其中金属结构凹槽的外边缘延伸到波束成形天线的外边缘，以形成金属结构倾斜表面。
在一个实施方式中，从波束成形天线发射的波束沿着金属结构倾斜表面被引导。
在一个实施方式中，金属结构凹槽的最外区域大于波束成形天线的区域。
在一个实施方式中，当通过波束成形天线发射的波束的一个侧表面接触金属结构倾斜表面以满足短边界条件时，波束的另一侧表面形成倾斜角以满足开放边界条件。
在一个实施方式中，从波束成形天线以预定发射角度发射的波束沿着金属结构倾斜表面被引导以被发射，同时保持发射角度直到金属结构的外部。
在一个实施方式中，基于波束成形天线的波长确定金属结构倾斜表面的倾斜角。
在一个实施方式中，金属结构倾斜表面包括周期结构图案。
在一个实施方式中，波束成形天线组件还包括配置为覆盖金属结构凹槽的天线罩，并且天线罩包括频率选择表面(FSS)或相位转换器中的至少一个。
根据本公开的另一方面，提供了一种波束成形天线组件。波束成形天线组件包括具有凹槽的金属结构，设置在金属结构凹槽处的波束成形天线，以及引导表面，所述引导表面沿着波束成形天线的外边缘和金属结构凹槽的外边缘设置在波束成形天线和金属结构之间以引导从波束成形天线发射的波束。
在一个实施方式中，金属结构凹槽的最外区域大于波束成形天线的区域。
在一个实施方式中，引导表面设置为沿着波束成形天线的外边缘和金属结构凹槽的外边缘形成预定角度的倾斜角，以扩大通过波束成形天线发射的波束的发射区域。
在一个实施方式中，当通过波束成形天线发射的波束的一个侧表面接触引导表面以满足短边界条件时，波束的另一侧表面形成为满足开放边界条件。
在一个实施方式中，基于波束成形天线的波长确定引导表面的倾斜角。
在一个实施方式中，引导表面包括周期结构图案。
在一个实施方式中，波束成形天线组件还包括配置为覆盖凹槽的天线罩，并且天线罩包括频率选择表面(FSS)或相位转换器中的至少一个。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于车辆的波束成形天线组件。波束成形天线组件包括用于车辆的具有凹槽的金属框架，以及设置在金属框架凹槽处的波束成形天线，其中金属框架凹槽的外边缘延伸到波束成形天线的外边缘，以形成金属框架倾斜表面。
在一个实施方式中，从波束成形天线发射的波束沿着金属框架倾斜表面被引导。
在一个实施方式中，金属框架凹槽的最外区域大于波束成形天线的区域。
在一个实施方式中，从波束成形天线以预定发射角度发射的波束沿着金属框架的金属框架倾斜表面被引导以被发射，同时保持发射角度直到金属框架的外部。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于车辆的波束成形天线组件。波束成形天线组件包括用于车辆的具有凹槽的金属板，以及设置在金属板凹槽处的波束成形天线，其中金属板凹槽的外边缘延伸到波束成形天线的外边缘，以形成倾斜表面。
在一个实施方式中，波束成形天线组件还包括配置为覆盖凹槽的天线罩。
通过以下结合附图公开了本公开的各种实施例的详细描述，本公开其他方面、优点和显著特征对于本领域技术人员将变得显而易见。
发明的有益效果
根据本公开的实施例，通过波束成形天线发射的波束可以被传输到金属的外部而不会发生金属导致的失真，因此可以防止波束成形天线的性能劣化。
此外，根据本公开的实施例，通过将波束成形天线设置在金属内可以保护波束成形天线免受可能在外部发生的碰撞，因此，根据本公开的波束成形天线组件甚至可以使用金属框架在车辆中使用。
附图说明
图1是示出根据本公开的实施例的波束成形天线设置在金属结构的凹槽处的结构的图；
图2是示出根据本公开的实施例的在波束成形天线设置在金属结构的凹槽处的状态下发射波束的情况的图；
图3是示出根据本公开的实施例的根据金属结构的凹槽深度的波束成形天线性能的图表；
图4是示出根据本公开的实施例的金属结构的凹槽结构的图；
图5A、图5B和图5C是示出根据本公开的实施例的当波束成形天线发射波束时在金属结构凹槽内形成的边界条件的图；
图6是示出根据本公开的实施例的当波束成形天线设置在金属结构的凹槽结构处时的波束发射形状的图；
图7是示出根据本公开的实施例的增强的波束成形天线性能的图表；
图8A和图8B是示出根据本公开的实施例的确定倾斜表面的倾斜角的方法的图；
图9是示出根据本公开的实施例的在金属结构的倾斜表面处形成周期结构图案的情况的图；
图10是示出根据本公开的实施例的在金属结构的凹槽处形成天线罩的情况的图；
图11是示出根据本公开的实施例的设置有波束成形天线的车辆结构的分解立体图；以及
图12是示出根据本公开的实施例的波束成形天线设置在用于车辆的金属板处的情况的图。
具体实施方式
提供参考附图的以下描述以帮助全面理解由权利要求及其等同物所限定的本公开的各种实施例。它包括各种具体细节以帮助理解，但这些仅被视为示例性的。因此，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可以对本文所述的各种实施例进行各种改变和修改。另外，为了清楚和简明，可以省略对公知功能和结构的描述。
在以下描述和权利要求中使用的术语和词语不限于书面含义，而是仅由发明人使用以使得能够清楚和一致地理解本公开。因此，对于本领域技术人员来说显而易见的是，提供的本公开的各种实施例的以下描述仅用于说明目的，而不是为了限制由所附权利要求及其等同物所限定的本公开。
应理解，除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数指示物。因此，例如对“组件表面”的引用包括对一个或多个这样的表面的引用。
同样地，在附图中，一些构成元件以夸大或示意的形式示出或被省略。此外，每个构成元件的大小不完全反映实际大小。相同的附图标记表示附图中的相同元件。
根据下文结合附图给出的详细描述，本公开的这些优点和特征以及实现它们的方法将变得更加显而易见。然而，本公开不限于本公开的以下各种实施例，并且可以以不同的形式实现。本公开的各种实施例使得能够完整地公开本公开，并且被提供以使得本领域技术人员能够完全了解本公开的范围，并且本公开由权利要求的范围限定。贯穿本说明书，相同的附图标记表示相同的元件。
这里，可以理解，流程图的每个框图和流程图的组合可以由计算机程序指令执行。因为这些计算机程序指令可以安装在通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器中，所以通过计算机的处理器或其他可编程数据处理设备执行的指令生成执行流程图的框图描述的功能的装置。为了用特定方法实现功能，由于这些计算机程序指令可以存储在可以引导计算机或其他可编程数据处理设备的计算机可用存储器或计算机可读存储器中，存储在计算机可用存储器或计算机可读存储器中的指令可以生成包括执行流程图的框图中描述的功能的指令装置的制成品。因为计算机程序指令可以安装在计算机或其他可编程数据处理设备上，所以在计算机或其他可编程数据处理设备上执行一系列操作，并生成用计算机执行的进程，以及指示计算机或其他可编程数据处理设备的指令可以提供操作，用于执行流程图的框图中描述的功能。
此外，每个框图可以表示包括用于执行特定逻辑功能的至少一个可执行指令的模块、段或代码的一部分。此外，在若干可替换的执行示例中，应当注意，可以执行框图中描述的功能而不管顺序如何。例如，可以大体上同时执行两个连续示出的框图，或者有时可以根据相应的功能以相反的顺序执行两个连续示出的框图。
在这种情况下，在本实施例中使用的术语“-单元”表示软件或硬件组件，例如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)，并执行任何功能。然而，“-单元”不限于软件或硬件。“单元”可以配置为存储在可以寻址的存储介质中，并且可以配置为再现至少一个处理器。因此，“-单元”包括例如，诸如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件的组件、进程、函数、属性、过程、子例程、程序代码段、驱动程序、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表、阵列和变量。在构成元件和“-单元”内提供的功能可以通过联结较少数量的构成元件和“-单元”或通过将构成元件和“-单元”细分为附加构成元件和“-单元”来执行。此外，构成元件和“-单元”可以以再现设备或安全多媒体卡内的至少一个中央处理单元(CPU)的方式实现。此外，在本公开的实施例中，“-单元”可以包括至少一个处理器。
应用于根据本公开的实施例的第五代(5G)通信系统的频域不限于特定频域。在30GHz或60GHz或更高的频域中，可以应用5G通信系统，但是这是一个实施例，并且可以根据需要改变可以应用于5G通信系统的频域。例如，当根据本公开的实施例的天线组件包括执行波束成形操作的天线时，可以与操作频域无关地应用天线组件。
图1是示出根据本公开的实施例的波束成形天线设置在金属结构的凹槽处的结构的图。
参考图1，金属阻挡通过波束成形天线发射的波束。因此，将天线设置在金属上的最佳方法是在金属外部设置波束成形天线的方法。
然而，当在金属外部设置波束成形天线时，波束成形天线可能会被外部碰撞破坏。此外，在这种情况下，因为只有波束成形天线可以突出到金属表面的外部，所以从审美视角来看是不可取的。
因此，为了解决这一问题，如图1所示，应该使用在金属结构100处形成凹槽的结构，以在凹槽处设置波束成形天线110。
在图1的结构中，金属结构100和波束成形天线110的最理想的设置是金属结构100的表面与波束成形天线110之间的间隔距离t变为0的情况。
然而，由于在金属结构和波束成形天线的生产过程中发生的工差，不可能将t精确地调整为0。因此，由于这种生产过程中的困难，在金属结构100和波束成形天线110之间可出现间隔距离t，因此，通过波束成形天线110发射的波束会失真。稍后将描述发生波束失真的原因。
图2是示出在波束成形天线设置在金属结构的凹槽处的状态下发射波束的情况的图，因此，可以根据本公开的实施例确定发生波束失真的原因。
参照图2，波束成形天线以预定的角度间隙发射波束并扫描具有最佳信道环境的波束发射角度。例如，为了扫描最佳信道，波束成形天线可以在从-90°至+90°以10°的间隙发射波束。
图2示出了，例如，在金属结构200的表面处以间隔距离t设置的波束成形天线210，并且示出了用于扫描波束成形天线210的信道的波束发射角度θ是60°的情况。
通过波束成形天线210发射的大多数波束(由实线指示的波束)不与金属结构200碰撞。然而，一些波束(由虚线指示的波束)可能与金属结构200碰撞而被散射，并且可能由于散射的波束减小波束的增益值。
考虑到这种现象，在图2的结构中，可以考虑减小波束的增益值的两个因素，一个因素是波束发射角度，另一个因素是金属结构表面和波束成形天线之间的间隔距离t。
当波束发射角度形成为小角度时，更多的波束可以被金属结构散射，并且在这种情况下，波束的增益值会减小。因此，为了防止波束发射角度引起的增益值减小，应调整波束发射角度，但是由于根据波束成形天线设计的波束发射角度具有预定值，因此调整波束发射角度并非优选。
因此，在本公开的实施例中，考虑到金属结构表面和波束成形天线之间的间隔距离t来补偿波束的增益值损失，这是另一个因素，并且将参考图3描述根据金属结构表面和波束成形天线之间的间隔距离改变增益值。
图3是示出根据本公开的实施例的根据金属结构表面和波束成形天线之间的间隔距离的波束成形天线性能的图表。
参考图3，t表示设置用于在金属结构处设置波束成形天线的凹槽的深度，并且如上所述，更具体地，图3的t是金属结构表面和波束成形天线之间的间隔距离。此外，图表的x轴是波束发射角度，y轴是波束增益值。
在图2的示例中，当波束发射角度为60°时，如果t增加，则可以确定波束成形天线的增益值减小。更具体地，当t为12mm时的增益值比当t为0mm时的增益值小约10dB。
例如，可以确定当t为0mm时的波束增益值比当t为12mm时的波束增益值大约10倍。这是因为如参考图2所述，随着t增加，由金属结构散射的波束增加。
因此，本实施例提供了一种在基于图3的图表的金属结构表面和波束成形天线之间存在间隔距离t的情况下，补偿波束成形天线的增益值损失的方法。
仅描述了当波束发射角度为60°时发生的波束成形天线的增益值损失，但在金属结构表面与波束成形天线之间存在间隔距离时，无论波束发射角度如何，波束成形天线的增益值损失都会发生，因此，需要一种补偿增益值损失的方法。例如，在本公开的实施例中，与波束发射角度无关，当金属结构表面和波束成形天线之间存在间隔距离时，可以应用补偿增益值损失的方法。
图4示出根据本公开的实施例的金属结构的凹槽结构。
如图4所示，波束成形天线410设置在金属结构400的凹槽处，并且金属结构400的凹槽的外边缘延伸到波束成形天线410的外边缘以形成倾斜表面430。倾斜表面430形成为使得金属结构400的凹槽的最外区域420大于波束成形天线410的区域。
形成倾斜表面430使得金属结构400的凹槽的最外区域420大于波束成形天线410的区域的原因在于，从波束成形天线410发射的波束沿着倾斜表面430被引导，发射到金属结构400的外部。
因此，根据本公开的实施例，即使在金属结构400的表面与波束成形天线410之间存在间隔距离t，通过波束成形天线410发射的波束沿着倾斜表面430发射到金属结构400的外部，因此，通过参考图3的图表描述的由间隔距离引起的波束成形天线的增益值损失可以得到补偿。将参考图5A、图5B、图5C和图6对其详细描述。
图5A、图5B和图5C是示出根据本公开的实施例的当波束成形天线发射波束时在金属结构凹槽内形成的边界条件的图。
这里，边界条件是在电磁学中使用的术语，并且可以包括电边界条件、磁边界条件、开放边界条件和短边界条件。
这里，开放边界条件是天线或电磁波发射设备可以有效地传输电波的条件，并且是指发射的电波可以无失真地发射到外部的交界条件。具体而言，在开放边界条件下，同时存在电磁场的平行方向分量和法线方向分量，并且在通过波束成形天线发射的波束中不发生失真，并且可以自由地调整波束发射角度而与波束成形天线的周边的外部结构无关。
相反，短边界条件是电波传输中的不利条件，并且是指在电波的增益值减小的状态下电波发射到外部的交界条件。具体而言，在短边界条件下，仅存在电磁场的法线方向分量，并且不存在其平行方向分量。因此，波束发射角度受波束成形天线的周边的外部结构的影响。
参考图5A，示出了波束发射角度为90°的情况。当波束以90°的角度发射时，波束不会与金属结构500的倾斜表面520碰撞，并且在这种情况下，在波束的两个侧表面处形成开放边界条件。
因此，当波束发射角度为90°时，在通过波束成形天线510发射的波束中，无论金属结构500的表面与波束成形天线510之间的间隔距离t如何，都不会发生增益值损失。
参考图5B，示出了波束发射角度不是90°的情况，示出了通过波束成形天线540发射的波束不与金属结构530的倾斜表面550碰撞的情况。
在这种情况下，如图5A所示，因为波束不与金属结构530的倾斜表面550碰撞，所以在波束的两个侧表面处形成开放边界条件。因此，无论金属结构530的表面与波束成形天线540之间的间隔距离t如何，都不会发生通过波束成形天线540发射的波束的增益值损失。
然而，参考图5C，示出了波束发射角度不是90°的情况和通过波束成形天线570发射的波束与金属结构560的倾斜表面580碰撞的情况。
在这种情况下，在与波束碰撞的倾斜表面580之间形成短边界条件，并且通过波束成形天线570发射的波束的一部分因此被散射，因此，可以减小波束成形天线570的增益值。
然而，根据本公开的实施例，即使在波束的一个侧表面处形成短边界条件，仍然会在波束的另一侧表面处形成开放边界条件，因此，波束不被散射而是沿着倾斜表面580被引导以被发射到金属结构560的外部。
因此，根据图5C的结构，即使在金属结构560的表面和波束成形天线570之间存在间隔距离t，也不会发生增益值损失。
最后，根据本公开的实施例，即使设置在金属结构内的波束成形天线将波束发射到任何角度，通过波束成形天线发射的波束也不会被金属结构散射或反射，而是可发射到金属结构的外部。
图6是示出根据本公开的实施例的当波束成形天线设置在金属结构的凹槽结构处时的波束发射形状的图。
参考图6，示出了当在波束的一个侧表面处形成短边界条件时以及当在其另一侧表面处形成开放边界条件时的波束发射形状，如参考图5B所述。
当距离金属结构表面620以间隔距离t设置的波束成形天线610以θ角度发射用于扫描信道的波束时，一部分波束被发射到金属结构600的外部而不与金属结构600发生碰撞。
然而，另一部分波束与金属结构600的倾斜表面630碰撞，因此，短边界条件形成，并且因此会散射通过波束成形天线610发射的一部分波束。
然而，根据本公开的实施例，由于倾斜表面630从金属结构凹槽的外边缘延伸到波束成形天线610的外边缘，在与倾斜表面630碰撞的波束的相对侧处形成开放边界条件，因此，与倾斜表面630碰撞的波束不会被散射，而是沿着倾斜表面630被引导和移动。
此外，当波束沿着倾斜表面630被引导和移动以偏离金属结构600的外部时，在波束的两个侧表面处形成开放边界条件，并且波束被发射到金属结构600的外部同时保持角度θ。
因此，通过金属结构内的波束成形天线610以角度θ发射的波束在保持角度θ的同时被发射到金属结构600的外部，并且根据本公开的实施例，可以防止发生金属导致的波束成形天线的性能劣化，即增益值损失。
图7是示出根据本公开的实施例的增强的波束成形天线性能的图表。
参照图7，在波束发射角度θ为60°的情况下，当金属结构表面与波束成形天线之间的距离t为12mm时，如果增益值和t为0mm，可以确定增益值几乎是一样的。
此外，t为16mm时的增益值与t为0mm时的增益值几乎相同。例如，根据在本公开的实施例中描述的包括倾斜表面的金属结构，即使在金属结构表面和波束成形天线之间存在间隔距离t，也可以确定不发生增益值损失。
因此，根据本公开的实施例中描述的结构，通过在金属结构内设置波束成形天线，可以保护波束成形天线免受外部碰撞，而且可以防止通过在金属结构内设置波束成形天线可能发生的增益值损失。
图8A和图8B是示出根据本公开的实施例的确定金属结构的倾斜角的方法的图。
参考图8A，示出了在金属结构810中没有形成倾斜表面的情况下，通过波束成形天线820发射的波束不被金属结构散射或反射的情况，这是由于在金属结构810的表面和波束成形天线820之间的间隔距离t很小。
例如，图8A示出了金属结构810的表面和波束成形天线820之间的间隔距离t满足等式1的情况。
Figure BDA0002041730020000121
其中t：金属结构表面与波束成形天线之间的间隔距离，λ：波束成形天线的波长，θ：波束成形天线的最大发射角，N：整数值(0,1,2,...)。
在这种情况下，即使由波束成形天线820发射的波束以最大发射角度发射，如图5A所示，波束不与金属结构810碰撞，因此，金属结构的倾斜角应为90°或更小(当金属结构的倾斜角超过90°时，金属结构可能与波束碰撞，因此，优选金属结构的倾斜角为90°或更小)。
然而，参考图8B，示出了金属结构850的表面与波束成形天线860之间的间隔距离t大于图8A的间隔距离的情况，并示出了满足等式2的情况。
Figure BDA0002041730020000131
其中t：金属结构表面与波束成形天线之间的间隔距离，λ：波束成形天线的波长，θ：波束成形天线的最大发射角，N：整数值(0,1,2,...)。
在这种情况下，当波束发射角度超过特定值时，由波束成形天线860发射的波束会与金属结构850碰撞。因此，如参考图6的实施例中所述，需要在金属结构850中形成倾斜表面870。
由于倾斜角理论上形成为小角度，由此降低通过波束成形天线发射的波束被阻挡的概率，因此为了防止增益值损失，优选形成小倾斜角。
然而，随着倾斜角减小，形成在金属结构中的凹槽的大小增加，因此，金属结构的稳定性劣化并且难以保护波束成形天线免受外部碰撞。
因此，重要的是确定可以最小化金属结构的凹槽大小同时使增益值损失最小化的最佳倾斜角，并且根据图8B的情况，可以基于波束成形天线的波长确定倾斜角，并且可以通过等式3确定倾斜角。
Figure BDA0002041730020000132
其中Φ：倾斜角，λ：波束成形天线的波长，d：波束成形天线元件的中心之间的距离，ψ：波束成形天线之间的相位差。
这里，波束成形天线元件是指一个波束成形天线，即多个波束成形天线元件构成一个波束成形天线阵列，并且图8B示出了波束成形天线元件的中心之间的距离为d的情况。
图9是示出根据本公开的实施例的在金属结构的倾斜表面处形成周期结构图案的情况的图。
如图9所示，通过波束成形天线910发射的波束可以沿着金属结构900的倾斜表面920被引导和移动，并且移动的波束可以通过图案来最小化增益值损失以被发射到金属结构900的外部。
周期结构图案可以具有一形状，以使得能够周期性地排列长度小于通过波束成形天线发射的波束的波长的图案，并且周期结构图案可以通过周期结构图案随机地调整电磁波的特性。
例如，倾斜表面920可以通过周期结构图案执行人造磁导体(AMC)、频率选择性表面(FSS)或透镜的功能。
通常，在导体中，电场的平行分量变为0，并且磁场的平行分量具有最大值，并且电场的法向分量具有最大值，并且磁场的法向分量为0。
然而，在以周期结构制造的AMC中，磁场的平行分量变为0，并且电场的平行分量具有最大值，并且磁场的法向分量具有最大值，并且电场的法向分量变为0，因此，通过以周期结构图案在金属结构900的倾斜表面920处形成AMC，可以随机地调整通过金属结构发射的电磁(EM)波的特性。
FSS可以类似于AMC的周期结构图案被设计，并且通过仅使穿过FSS从天线发射的电波当中的必要的电波通过，以及通过反射其他频率的电波，可以降低噪声。
透镜是指可以通过改变通过天线发射的波束的相位来随机调节波束和波束能量的发射角度的设备，并且从天线发射的电波可以通过透镜有效地发射到金属结构的外部。
图10是示出根据本公开的实施例的在金属结构的凹槽处形成天线罩的情况的图。
参考图10，当波束成形天线1010设置在金属结构1000的凹槽处时，波束成形天线1010可比当波束成形天线1010设置在金属结构1000外部时受到的外部碰撞造成的损坏小。
然而，即使波束成形天线1010设置在金属结构1000内，波束成形天线1010也可能被外部碰撞损坏，而为了解决这样的问题，图10示出了将天线罩1020设置在金属结构1000的凹槽处的实施例。
天线罩是指用于保护天线的罩子，并且为了良好的电波传输，其材料由电绝缘材料构成，并且优选地，天线罩形成为没有接合处的一体化结构。
此外，由于提供了天线罩以保护天线免受外部碰撞，如参考图9所述，优选地将天线罩1020的外部形状与金属结构900的表面对应。
此外，类似于图9的周期结构图案，为了提高性能，可以考虑在天线罩中包括FSS或相位转换器的方法。
此外，通过将图9的实施例添加到图10的实施例，可以考虑在金属结构凹槽处形成天线罩的同时在金属结构的倾斜表面处形成周期结构的图案的实施例。
如上所述，除了通过将金属结构延伸到波束成形天线的外边缘而形成倾斜表面的情况之外，可以考虑在金属结构凹槽和波束成形天线的外边缘之间设置倾斜表面作为单独的实施例的方法。
例如，本公开的实施例可以包括波束成形天线组件，其包括具有凹槽的金属结构、设置在金属结构凹槽处的波束成形天线，以及设置在波束成形天线和金属结构之间的引导表面，引导表面沿着波束成形天线的外边缘和金属结构凹槽的外边缘，以引导从波束成形天线发射的波束。
在这种情况下，如在本公开的前述实施例中，金属结构凹槽的最外区域可以大于波束成形天线的区域，并且引导表面可以设置为沿着波束成形天线的外边缘和金属结构凹槽的外边缘形成预定角度的倾斜角，以扩大通过波束成形天线发射的波束的发射区域。
然而，引导表面沿着波束成形天线的外边缘和金属结构凹槽的外边缘设置在波束成形天线和金属结构之间，并且引导表面不必连接到波束成形天线和金属结构。
例如，如图4所示，当波束成形天线的外边缘为矩形形状并且当金属结构凹槽的外边缘为矩形形状时，引导表面不必连接到波束成形天线的四条边和金属结构孔的四条边两者。
此外，如上所述，在这种情况下，在引导表面的倾斜角中，当通过波束成形天线发射的波束的一个侧表面接触引导表面以满足短边界条件时，可以波束的另一侧表面可形成为满足开放边界条件。类似地，可以基于波束成形天线的波长确定引导表面的倾斜角。
在引导表面处，可以形成周期结构图案，并且周期结构图案可以包括AMC、FSS或透镜图案。
此外，包括引导表面的实施例可以进一步包括配置为覆盖凹槽的天线罩，并且天线罩可以包括FSS或相位转换器。
此外，因为本公开具有在金属处接收波束成形天线的结构，本公开甚至可以应用于用于车辆的金属框架或金属板。
图11是示出根据本公开的实施例的设置有波束成形天线的车辆结构的分解立体图。
参考图11，车辆可以配置有金属框架1100和金属板1110。金属框架1100是车辆的框架并且具有高刚度。然而，金属板1110用于车辆挡泥板或发动机罩并且厚度很薄。
根据本公开的实施例的波束成形天线可以应用于金属框架1100和金属板1110。从生产或车辆稳定性的角度来看，优选地在金属板1110而不是金属框架1100处形成凹槽以及设置波束成形天线。然而，为了防止外部碰撞，优选将波束成形天线设置在具有高刚度的金属框架1100内。
图12是示出根据本公开的实施例的波束成形天线设置在用于车辆的金属板处的情况的图。
参考图12，类似于使用上述金属结构的波束成形天线组件，根据本公开的实施例的用于车辆的波束成形天线组件可以包括用于车辆的具有凹槽的金属板1200和设置在金属板1200的凹槽处的波束成形天线1210，并且金属板1200的凹槽的外边缘可以延伸到波束成形天线1210的外边缘，以形成倾斜表面1230。
此外，除了上述特征之外，还可以包括配置为覆盖凹槽的天线罩1220，并且其需要类似于金属板1200的刚度。例如，可以考虑用纤维增强塑料(FRP)形成天线罩的方法。
在波束成形天线组件中，波束成形天线设置在金属板的凹槽处，金属板凹槽的最外侧区域可以大于波束成形天线的区域，因此，从波束成形天线发射的波束可以被引导沿着金属板倾斜表面发射到金属板的外部。
如上所述，除了设置在金属板之外，波束成形天线可以设置在车辆的金属框架处，并且在这种情况下，根据本公开的实施例的用于车辆的波束成形天线组件包括用于车辆的具有凹槽的金属框架、设置在金属框架凹槽处的波束成形天线，以及金属框架凹槽的外边缘可以延伸到波束成形天线的外边缘，以形成倾斜表面。
金属框架凹槽的最外区域可以大于波束成形天线的区域，因此，从波束成形天线发射的波束可以沿着金属框架倾斜表面被引导以发射到金属框架的外部。
虽然已经参考本公开的各种实施例示出和描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求及其等同物所限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。

Claims (13)

1.一种实施在车辆的表面上的波束成形天线组件，所述波束成形天线组件包括：
金属结构，包括具有底部和至少一个侧部的凹槽，所述至少一个侧部具有预定角度的倾斜表面；以及
设置在所述金属结构凹槽的所述底部处的波束成形天线，
其中所述凹槽形成在所述金属结构的表面上，以及
其中所述金属结构的所述倾斜表面形成有周期结构图案，所述周期结构图案中周期性地排列有长度小于通过波束成形天线发射的波束波长的图案。
2.根据权利要求1所述的波束成形天线组件，其中所述倾斜表面配置为将所述波束成形天线发射的波束沿着具有所述倾斜表面的所述至少一个侧部引导。
3.根据权利要求1所述的波束成形天线组件，其中所述凹槽的最外区域大于所述波束成形天线的区域。
4.根据权利要求1所述的波束成形天线组件，其中，所述倾斜表面配置为使得：当通过所述波束成形天线发射的至少一个波束的一个侧表面接触所述倾斜表面以满足短边界条件时，所述至少一个波束的另一侧表面形成倾斜角以满足开放边界条件。
5.根据权利要求1所述的波束成形天线组件，其中，所述倾斜表面配置为将所述波束成形天线以预定发射角度发射的波束沿着具有所述倾斜表面的所述至少一个侧部引导，同时保持所述发射角度直到所述金属结构的外部。
6.根据权利要求1所述的波束成形天线组件，其中，基于所述波束成形天线的波长来配置所述金属结构的倾斜表面的倾斜角。
7.根据权利要求1所述的波束成形天线组件，还包括配置为覆盖所述金属结构的凹槽的天线罩，
其中所述天线罩包括频率选择表面FSS或相位转换器中的至少一个。
8.一种实施在车辆的表面上的波束成形天线组件，所述波束成形天线组件包括：
金属结构，包括具有底部和至少一个侧部的凹槽，所述至少一个侧部具有预定角度的倾斜表面；
设置在所述金属结构凹槽的所述底部处的波束成形天线；以及
引导表面，沿着所述至少一个侧部设置在所述波束成形天线和所述金属结构之间，以引导从所述波束成形天线发射的波束，
其中所述金属结构的所述倾斜表面形成有周期结构图案，所述周期结构图案中周期性地排列有长度小于通过波束成形天线发射的波束波长的图案。
9.根据权利要求8所述的波束成形天线组件，其中所述凹槽的最外区域大于所述波束成形天线的区域。
10.根据权利要求8所述的波束成形天线组件，其中，所述倾斜表面配置为将所述波束成形天线以预定发射角度发射的波束沿着具有所述倾斜表面的所述至少一个侧部引导，同时保持所述发射角度直到所述金属结构的外部。
11.根据权利要求8所述的波束成形天线组件，还包括配置为覆盖所述金属结构的凹槽的天线罩，
其中所述天线罩包括频率选择表面FSS或相位转换器中的至少一个。
12.根据权利要求8所述的波束成形天线组件，
其中，所述倾斜表面配置为使得：当通过所述波束成形天线发射的至少一个波束的一个侧表面接触所述倾斜表面以满足短边界条件时，所述至少一个波束的另一侧表面形成倾斜角以满足开放边界条件，以及其中，基于所述波束成形天线的波长来配置所述金属结构的倾斜表面的倾斜角。
13.根据权利要求8所述的波束成形天线组件，其中，所述倾斜表面配置为将所述波束成形天线发射的波束沿着具有所述倾斜表面的所述至少一个侧部引导。
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