CN110729565B - 阵列透镜、透镜天线和电子设备 - Google Patents

阵列透镜、透镜天线和电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种阵列透镜、透镜天线和电子设备，阵列透镜包括：介质层；两层阵列结构，分别设置于介质层相背两面；其中，阵列结构上开设有多个呈二维阵列设置的缝隙单元，缝隙单元包括彼此分离设置闭口环缝隙、开口环缝隙和条状缝隙，闭口环缝隙环绕开口环缝隙设置，且开口环缝隙环绕条状缝隙设置，其中，两层阵列结构中位于同一相对位置的两个缝隙单元同轴设置，且两个缝隙单元中的开口环缝隙的开口方向相反，同一阵列结构中多个缝隙单元中的条状缝隙在阵列方向上具有渐变的缝隙尺寸，可对不同频段的相位分布进行补偿，使得偏离焦点较远的馈源辐射的电磁波也能被较好地汇聚，大大减小偏焦波束增益的降幅，大幅提高透镜天线的扫描角度。

Description

阵列透镜、透镜天线和电子设备
技术领域
本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种阵列透镜、透镜天线和电子设备。
背景技术
透镜天线，一种能够通过电磁波，将点源或线源的球面波或柱面波转换为平面波从而获得笔形、扇形或其他形状波束的天线。通过合适设计透镜表面形状和折射率，调节电磁波的相速以获得辐射口径上的平面波前。一般的透镜天线在偏离透镜焦点较远的馈源辐射的电磁波不能被较好的汇聚，使得透镜天线的扫描角度受到限制扫描角度有限，不利于覆盖较大范围。
发明内容
本申请实施例提供一种阵列透镜、透镜天线和电子设备，可以大大减小偏焦波束增益的降幅，提高透镜天线的扫描角度，覆盖范围大。
一种阵列透镜，包括：
介质层；
两层阵列结构，分别设置于所述介质层相背两面；其中，所述阵列结构上开设有多个呈二维阵列设置的缝隙单元，所述缝隙单元包括彼此分离设置闭口环缝隙、开口环缝隙和条状缝隙，所述闭口环缝隙环绕所述开口环缝隙设置，且所述开口环缝隙环绕所述条状缝隙设置，其中，
两层阵列结构中位于同一相对位置的两个缝隙单元同轴设置，且所述两个缝隙单元中的开口环缝隙的开口方向相反，同一阵列结构中多个缝隙单元中的条状缝隙在阵列方向上具有渐变的缝隙尺寸。
此外，还提供一种透镜天线，包括馈源阵列，所述馈源阵列包括至少两个馈源单元；
与所述馈源阵列平行设置的上任一所述的阵列透镜。
此外，还提供一种电子设备，包括上述的透镜天线。
上述阵列透镜、透镜天线和电子设备，包括介质层；两层阵列结构，分别设置于所述介质层相背两面；其中，所述阵列结构上开设有多个呈二维阵列设置的缝隙单元，所述缝隙单元包括彼此分离设置闭口环缝隙、开口环缝隙和条状缝隙，所述闭口环缝隙环绕所述开口环缝隙设置，且所述开口环缝隙环绕所述条状缝隙设置，其中，两层阵列结构中位于同一相对位置的两个缝隙单元同轴设置，且所述两个缝隙单元中的开口环缝隙的开口方向相反，同一阵列结构中多个缝隙单元中的条状缝隙在阵列方向上具有渐变的缝隙尺寸，可对不同频段的相位分布进行补偿，使得偏离焦点较远的馈源辐射的电磁波也能被较好地汇聚，大大减小偏焦波束增益的降幅，大幅提高透镜天线的扫描角度，与一般的双透镜系统相比，本方案透镜剖面低，更利于在手机等电子设备中进行集成。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施例中电子设备的立体图；
图2为一个实施例中包括透镜天线的电子设备的示意图；
图3为一实施例中阵列透镜的结构示意图；
图4为一实施例中缝隙单元的结构示意图；
图5为一实施例中第一阵列结构的结构示意图；
图6为一实施例中第一阵列结构的结构示意图；
图7为一实施例中第一阵列结构的结构示意图；
图8为一实施例中第一阵列结构的结构示意图；
图9为一实施例中第一阵列结构的结构示意图；
图10a为一实施例中透镜天线的结构示意图；
图10b为一实施例中透镜天线的结构示意图；
图11为一实施例中电子设备的框图；
图12为一实施例中波束扫描方向图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
需要说明的是，当元件被称为“贴合于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
本申请一实施例的天线装置应用于电子设备，在一个实施例中，电子设备可以为包括手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、移动互联网设备(MobileInternet Device，MID)、可穿戴设备(例如智能手表、智能手环、计步器等)或其他可设置阵列天线装置的通信模块。
如图1所示，在本申请实施例中，电子设备10可包括壳体组件110、中板120、显示屏组件130和控制器。显示屏组件130固定于壳体组件110上，与壳体组件110一起形成电子设备的外部结构。壳体组件110可以包括中框111和后盖113。中框111可以为具有通孔的框体结构。其中，中框111可以收容在显示屏组件与后盖113形成的收容空间中。后盖113用于形成电子设备的外部轮廓。后盖113可以一体成型。在后盖113的成型过程中，可以在后盖113上形成后置摄像头孔、指纹识别模组、天线装置安装孔等结构。其中，后盖113可以为非金属后盖113，例如，后盖113可以为塑胶后盖113、陶瓷后盖113、3D玻璃后盖113等。壳体组件110内还设有用于收发毫米波信号的透镜天线。中板120固定在壳体组件内部，中板120可以为PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)或FPC(Flexible Printed Circuit，柔性电路板)。显示屏组件可用来显示画面或字体，并能够为用户提供操作界面。
如图2所示，在其中一实施例中，电子设备10包括至少两个透镜天线T，至少两个透镜天线T分布于电子设备中框的不同侧边。中框包括相背设置的第一侧边101、第三侧边103，以及相背设置的第二侧边102和第四侧边104，第二侧边102连接第一侧边101、第三侧边103的一端，第四侧边104连接第一侧边101、第三侧边103的另一端。所述第一侧边、所述第二侧边、所述第三侧边和所述第四侧边中的至少两个分别设有毫米波模组。
在其中一实施例中，将两个透镜天线分别设置在手机两个长边，即可覆盖手机两侧的空间，实现5G手机毫米波高效率、高增益、低成本波束扫描。毫米波是指波长在毫米数量级的电磁波，其频率大约在20GHz～300GHz之间。3GP已指定5G NR支持的频段列表，5G NR频谱范围可达100GHz，指定了两大频率范围：Frequency range 1(FR1)，即6GHz以下频段和Frequency range 2(FR2)，即毫米波频段。Frequency range 1的频率范围：450MHz-6.0GHz，其中，最大信道带宽100MHz。Frequency range 2的频率范围为24.25GHz-52.6GHz，最大信道带宽400MHz。用于5G移动宽带的近11GHz频谱包括：3.85GHz许可频谱，例如：28GHz(24.25-29.5GHz)、37GHz(37.0-38.6GHz)、39GHz(38.6-40GHz)和14GHz未许可频谱(57-71GHz)。5G通信系统的工作频段有28GHz，39GHz，60GHz三个频段。
在其中一实施例中，当透镜天线的数量为4个时，4个透镜天线分别位于第一侧边101、第二侧边102、第三侧边103和第四侧边104。用户手持电子设备10时，会存在透镜天线被遮挡而造成信号差的情况，至少两个透镜天线设置在不同的侧边，用户横握或竖握电子设备10时，均存在不被遮挡的透镜天线，使得电子设备10可以正常发射和接收信号。
如图3所示，本申请实施例提供一种阵列透镜。在其中一实施例中，阵列透镜包括两层阵列结构210和位于两层阵列结构210之间的介质层220，也可以理解为两层阵列结构210分别设置于所述介质层220相背两面，两层阵列结构210可以记为第一阵列结构P1和第二阵列结构P2。
每一层阵列结构210开设有多个呈阵列设置的缝隙单元211。每个所述缝隙单元211包括彼此分离设置闭口环缝隙2111、开口环缝隙2112和条状缝隙2113，其中，闭口环缝隙2111环绕所述开口环缝隙2112设置，开口环缝隙2112环绕所述条状缝隙2113设置。具体地，闭口环缝隙2111、开口环缝隙2112和条状缝隙2113均贯穿该阵列结构210。
在其中一个实施例中，闭口环缝隙2111、开口环缝隙2112、条状缝隙2113的中心均重合设置，可以理解为，闭口环缝隙2111、开口环缝隙2112为同心环缝隙，且闭口环缝隙2111的半径大于开口环缝隙2112的半径，条状缝隙2113均被闭口环缝隙2111、开口环缝隙2112包围且中心重合。其中，闭口环缝隙2111的中心可以理解为该闭口环缝隙2111的形心，开口环缝隙2112的中心可以理解为该开口环缝隙2112的形心，条状缝隙2113的中心可以理解为该开口环缝隙2112的几何形状的形心。
在其中一个实施例中，闭口环缝隙2111可以为圆环缝隙，也可以为任意多边形环状缝隙，例如正方环形缝隙。
在其中一个实施例中，开口环缝隙2112可为圆形开口环缝隙，还可以为多边形开口环缝隙，例如六边形、八边形、十二边形或其他多边形开口环缝隙。
在其中一个实施例中，条状缝隙2113可以为矩形缝隙(包括正方形缝隙)，也可以为椭圆形缝隙(包括圆形缝隙)。
在本申请实施例中，对闭口环缝隙2111、开口环缝隙2112、条状缝隙2113的具体形状不做进一步的限定，可以为上述形状的任一组合。
在其中一个实施例中，阵列结构210的材料可以为导电材料，例如金属材料、合金材料、导电硅胶材料、石墨材料等，也可以为具有高介电常数的材料，例如具有高介电常数的玻璃、塑料、陶瓷等。
其中，介质层220是能用于支撑固定阵列结构210的非金属功能层，通过介质层220与阵列结构210的交替叠层，可以实现两层阵列结构210的间隔分布，同时还能与阵列结构210共同构成相位延迟单元。
在其中一个实施例中，介质层220的材料为电绝缘性材料，不会对电磁波的电场产生干扰。例如，介质层220的材质可以为PET(Polyethylene terephthalate)材质，ARM合成材质，其一般是硅胶、PET和其他的经过特殊处理的材质合成等。可选地，每层介质层220相同，例如，厚度、材质等。
在其中一个实施例中，同一层阵列结构210的多个缝隙单元211可以呈二维阵列设置。二维阵列的阵列方向可包括行方向和列方向。若阵列结构210所在平面为X轴、Y轴所构成的平面，则X轴方向为行方向，Y轴方向为列方向。相应的，同一层阵列结构210的多个闭口环缝隙2111、开口环缝隙2112、条状缝隙2113均分别也呈二维阵列设置，且同一层阵列结构210的多个开口环缝隙2112的开口方向相同。其中，第一阵列结构P1和第二阵列结构P2中的缝隙单元211可以用坐标P(x,y)进行表示，具体的，坐标P(x,y)可用于表示闭口环缝隙2111、条状缝隙2113、开口环缝隙2112的中心位置。
两层阵列结构210中位于同一相对位置的两个缝隙单元211同轴设置，也即，第一阵列结构P1和第二阵列结构P2中位于同一相对位置的两个所述开口环缝隙2112均位于同一轴线上。轴线为穿过任意所述开口环缝隙2112的直线。需要说明的是，同一相对位置的两个缝隙单元211可以理解为具有相同坐标P(x,y)的两个缝隙单元211。
两层阵列结构210中，同一层阵列结构210中的开口环缝隙2112的开口方向相同，且同轴设置的所述两个缝隙单元211中的开口环缝隙2112的开口方向相反。也即，第一阵列结构和第二阵列结构的开口环方向相反(反对称)。具体的，如图4所示，每个开口环缝隙2112的开口处包括两个端点，分别记为A、B，且每个开口环缝隙2112的中心记为O，其开口角度可以理解为∠AOB的角度，开口方向可理解为∠AOB的朝向，也可以理解为∠AOB中分线的延伸方向。
同一阵列结构210中多个缝隙单元211中的条状缝隙2113在阵列方向上具有渐变的缝隙尺寸。其中，缝隙尺寸包括该条状缝隙2113在阵列方向上的尺寸。例如，条状缝隙2113在行方向上的尺寸可以理解为宽度尺寸w，条状缝隙2113在列方向上的尺寸可以理解为长度尺寸l。本申请实施例中，缝隙尺寸至少包括该长度尺寸l。在本申请实施例中，开口环缝隙2112的开口方向与条状缝隙2113的长度尺寸l所在方向垂直，与条状缝隙2113的宽度尺寸w所在方向平行。
上述阵列透镜中，两层阵列结构210中位于同一相对位置的两个缝隙单元211同轴设置，且所述两个缝隙单元211中的开口环缝隙2112的开口方向相反，同一阵列结构210中多个缝隙单元211中的条状缝隙2113在阵列方向上具有渐变的缝隙尺寸，当电磁波入射至阵列透镜时，阵列透镜可对不同频段的相位分布进行补偿，使得偏离焦点较远的馈源辐射的电磁波也能被较好地汇聚，可使得该阵列透镜在更宽的频率范围内焦平面保持不变，大大减小偏焦波束增益的降幅，大幅提高透镜天线的扫描角，与一般的双透镜系统相比，本方案透镜剖面低，更利于在手机等电子设备中进行集成。
在其中一个实施例中，如图5所示，每一层所述阵列结构210中的至少两个所述缝隙单元211呈二维阵列，例如，可呈N*M(5*5)的二维阵列，即包括N行M列(5行5列)的缝隙单元211。其中，在每个缝隙单元211中均包括条状缝隙2113、开口环缝隙2112和闭口环缝隙2111。也即，每一层所述阵列结构210中的至少两个条状缝隙2113也呈二维阵列。其中，二维阵列的阵列方向包括行方向和列方向。
在本申请实施例中，以条状缝隙2113为矩形条状缝隙、开口环缝隙2112为圆形开口环缝隙、闭口环缝隙2111为圆形闭口环缝隙为例，进行说明。
同一所述阵列结构210中多个缝隙单元211中的条状缝隙2113在所述行方向上具有渐变的缝隙尺寸。
具体的，同一所述阵列结构210中多个缝隙单元211中的条状缝隙2113在所述行方向上的缝隙尺寸由所述二维阵列的第一中心线s1向阵列边缘对称减小，在列方向上的缝隙尺寸不变。可以理解为，同一阵列结构210中每行中的至少两个条状缝隙2113的缝隙尺寸由所述二维阵列的第一中心线s1向阵列边缘对称减小，且每列中的至少两个条状缝隙2113的缝隙尺寸不变。其中，缝隙尺寸为长度尺寸l。例如，同一行的第一列至第五列的长度尺寸l分别为l1、l2、l3、l4、l5、其中，l1＝l5<l2＝l4<l3。
需要说明的是，二维阵列中的第一中心线s1的方向与列方向相同，第二中心线s2的方向与行方向相同。其中，每一层阵列结构210中的多个缝隙单元211关于第一中心线s1对称设置，且关于第二中心线s2对称设置。对称减小可以理解对称呈等差数列、等比数列或为随机数的减小，在本申请实施例中，对减小的具体形式不做进一步的限定。
可选的，如图6所示，缝隙尺寸包括长度尺寸l和宽度尺寸w。例如，第三行的第一列至第五列的长度尺寸l分别为l31、l32、l33、l34、l35、其中，l31＝l35<l32＝l34<l33。第三行的第一列至第五列的宽度尺寸w分别为w31、w32、w33、w34、w35、其中，w31＝w35<w32＝w34<w33。
在其中一个实施例中，阵列结构210中的缝隙单元211均彼此独立设置，且在所述阵列方向上，相邻两个所述缝隙单元211的中心距离相等。具体的，在行方向，相邻两个所述缝隙单元211的第一中心距离p1相等；在列方向，相邻两个所述缝隙单元211的第二中心距离p2相等。其中，第一中心距离p1与第二中心距离p2相等。
在本申请实施例中，可以通过选取合适的第一中心距离p1、第二中心距离p2、开口环缝隙2112的开口方向、条状缝隙2113的缝隙尺寸，进而可以调整阵列透镜的工作频段，例如，通过设计合适的尺寸，可以使该阵列透镜的工作频段保持在5G毫米波频段等。
当该阵列透镜应用到包括馈源阵列的透镜天线时，阵列透镜中的两层阵列结构210和介质层220共同构成了相位延迟单元。在同一所述阵列结构210中，多个缝隙单元211中的条状缝隙2113在行方向上具有渐变的缝隙尺寸，同轴设置的开口环缝隙2112的开口方向相反，其会产生一定的相移。其中，在横向(也即行方向)，每一纵列(也即列方向)实现的相移量满足Φ(x)＝πx2/λf。其中，x为开口环缝隙2112的中心与第一中心线s1的距离，λ为设计频点(即馈源阵列所发射电磁波的发射频率)，f为阵列透镜与馈源阵列的距离(即阵列透镜的焦距)。这种相移分布可以实现阵列透镜的相移量关于第一中心线s1的平移对称，使得偏离焦点较远的馈源单元辐射的电磁波在阵列透镜的行方向(X轴方向)能被较好地汇聚，减小偏焦波束增益的降幅，提高透镜天线的扫描角度。同时，同轴设置的开口环缝隙2112的开口方向相反，可以提高透镜天线的带宽。
如图7所述，在其中一个实施例中，同一所述阵列结构210中多个缝隙单元211中的条状缝隙2113在行方向上具有渐变的缝隙尺寸，同时，同一所述阵列结构210中多个缝隙单元211中的条状缝隙2113在列方向上具有渐变的缝隙尺寸。
具体的，同一所述阵列结构210中多个缝隙单元211中的条状缝隙2113在所述行方向上的缝隙尺寸由所述二维阵列的第一中心线s1向阵列边缘对称减小，在所述列方向上的缝隙尺寸由所述二维阵列的第二中心线向阵列边缘对称减小。可以理解为，同一阵列结构210中每行中的至少两个条状缝隙2113的缝隙尺寸由所述二维阵列的第一中心线s1向阵列边缘对称减小，且每列中的至少两个条状缝隙2113的缝隙尺寸由所述二维阵列的第一中心线s1向阵列边缘对称减小。其中，缝隙尺寸为长度尺寸l。例如，第三行的第一列至第五列的长度尺寸l分别为l31、l32、l33、l34、l35、其中，l31＝l35<l32＝l34<l33；第三列的第一行至第五行的长度尺寸l分别为l13、l23、l33、l43、l53、其中，l13＝l53<l23＝l43<l33。
可选的，缝隙尺寸还可包括宽度尺寸w。例如，第三行的第一列至第五列的宽度尺寸w分别为w31、w32、w33、w34、w35、其中，w31＝w35<w32＝w34<w33；第三列的第一行至第五行的长度尺寸l分别为w13、w23、w33、w43、w53、其中，w13＝w53<w23＝w43<w33。
当该阵列透镜应用到包括馈源阵列的透镜天线时，阵列透镜中的两层阵列结构210和介质层220共同构成了相位延迟单元。在同一所述阵列结构210中，多个缝隙单元211中的条状缝隙2113在行方向上具有渐变的缝隙尺寸，同轴设置的开口环缝隙2112的开口方向相反，其会产生一定的相移。其中，在横向(也即行方向)，每一纵列(也即列方向)实现的相移量满足Φ(x)＝πx2/λf。其中，x为开口环缝隙2112的中心与第一中心线s1的距离，λ为设计频点(即馈源阵列所发射电磁波的发射频率)，f为阵列透镜与馈源阵列的距离(即阵列透镜的焦距)。在纵向(也即列方向)，每一横列(也即行方向)实现的相移量满足Φ(x)＝πx2/λf。其中，x为开口环缝隙2112的中心与第二中心线s2的距离，λ为设计频点(即馈源阵列所发射电磁波的发射频率)，f为阵列透镜与馈源阵列的距离(即阵列透镜的焦距)
这种相移分布可以实现阵列透镜的相移量关于第一中心线s1、第二中心线s2的平移对称，使得偏离焦点较远的馈源单元辐射的电磁波在阵列透镜的行方向(X轴方向)和列方向(Y轴方向)均能被较好地汇聚，减小偏焦波束增益的降幅，提高透镜天线的扫描角度。同时，同轴设置的开口环缝隙2112的开口方向相反，可以提高透镜天线的带宽。
如图8所示，在其中一个实施例中，同一阵列结构210中多个缝隙单元211中的条状缝隙2113在阵列方向上具有渐变的缝隙尺寸，同一所述阵列结构210中多个缝隙单元211中的开口环缝隙2112在所述阵列方向上均有渐变的开口角度，且开口环缝隙2112的开口方向相同。
需要说明的是，其开口角度在渐变的过程中，其开口环缝隙2112的开口处的两个端点A、B同时沿开口环缝隙2112的圆弧反向移动(如图3中箭头方向所示)，且移动量的大小相同。
具体的，每一行开口环缝隙2112的开口角度由所述二维阵列的第一中心线s1向阵列边缘对称增加，同一列的至少两个开口环缝隙2112的开口角度相同。举例说明，阵列结构210中的开口环缝隙2112呈5*5(五行五列)的二维阵列，其中，第三行的第一列至第五列的中各开口环缝隙2112的开口角度分别为θ31、θ32、θ33、θ34、θ35、其中，θ31＝θ35>θ32＝θ34>θ33。
可选的，每一行开口环缝隙2112的开口角度由所述二维阵列的第一中心线s1向阵列边缘对称增加，每一列开口环缝隙2112的开口角度由所述二维阵列的第二中心线向阵列边缘对称增加。举例说明，阵列结构210中的开口环缝隙2112呈5*5(五行五列)的二维阵列，其中，第三行的第一列至第五列中各开口环缝隙2112的开口角度分别为θ31、θ32、θ33、θ34、θ35、其中，θ31＝θ35>θ32＝θ34>θ33。第三列的第一行至第五行中各开口环缝隙2112的开口角度分别为θ13、θ23、θ33、θ43、θ53、其中，θ13＝θ53>θ23＝θ43>θ33。
在其中一个实施例中，同一所述阵列结构210中每个开口环缝隙2112的开口角度均小于或等于180度。
需要说明的是，相邻两个的开口角度之间的差值(δ1、δ2、δ3)可以相等(例如，15°、30°等)，可以为等差数列、可以为等比数列或为随机数，在本申请实施例中，不做进一步的限定。
在其他实施例中，还可以将具有渐变的开口角度的各个实施例与具有渐变的缝隙尺寸的各个实施例进行任意组合，在此，不再一一赘述。
如图4和图9所示，在其中一个实施例中，同一阵列结构210中多个缝隙单元211中的条状缝隙2113在阵列方向上具有渐变的缝隙尺寸，同一所述阵列结构210中多个缝隙单元211中的开口环缝隙2112在所述阵列方向上均有渐变的环宽尺寸。环宽尺寸可以理解为开口环缝隙2112的圆环宽度r。
例如，同一所述阵列结构210中多个缝隙单元211中的开口环缝隙2112的环宽尺寸r在所述行方向上由所述二维阵列的第一中心线s1向阵列边缘对称减小，或，同一所述阵列结构210中多个缝隙单元211中的开口环缝隙2112的环宽尺寸r在所述列方向上由所述二维阵列的第二中心线s2向阵列边缘对称减小。
本实施例中的阵列透镜中同一阵列结构210中多个缝隙单元211中的条状缝隙2113在阵列方向上具有渐变的缝隙尺寸且开口环缝隙2112在所述阵列方向上均有渐变的环宽尺寸，当该阵列透镜应用到透镜天线中时，可以进一步的对不同频段的相位分布进行补偿，能够进一步的提高透镜天线的带宽和提高透镜天线的扫描角度。
本申请实施例还提供一种透镜天线。如图10a所示，透镜天线包括：上述实施例中任一阵列透镜20，与所述阵列透镜20平行设置的馈源阵列30。
在其中一实施例中，馈源阵列30包括至少两个馈源单元310，当对馈源阵列30中不同馈源单元310进行馈电时，电磁波入射至透镜阵列透镜20，该透镜天线将辐射不同指向的高增益波束，即可获取不同的波束指向，从而实现波束扫描。
进一步的，该馈源阵列30可为中心对称式结构，馈源阵列30的中心可放置在透镜阵列透镜20的焦点处。
如图10b所示，在其中一实施例中，所述透镜天线还包括平行设置的第一隔离板410和第二隔离板420，所述馈源阵列30和所述阵列透镜20设置在所述第一隔离板410和第二隔离板420之间，用于减少所述馈源阵列30辐射所述电磁波的泄露。
在其中一实施例中，第一隔离板410和第二隔离板420均可以为金属平板。
在本实施例中，将阵列透镜20和馈源阵列30置于第一隔离板410和第二隔离板420之间，可以减少馈源辐射电磁波的泄露，从而提高天线效率，同时提高天线的结构强度。
本申请实施例还提供一种电子设备，包括上述任一实施例中的透镜天线。具有上述任一实施例的透镜天线的电子设备，可以适用于5G通信毫米波信号的收发，同时，该透镜天线的焦距短，尺寸小，易于集成于电子设备中，同时可以缩小透镜天线在电子设备内的占用空间。
该电子设备可以为包括手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、移动互联网设备(Mobile Internet Device，MID)、可穿戴设备(例如智能手表、智能手环、计步器等)或其他可设置天线的通信模块。
在其中一实施例中，如图11所示，电子设备还包括检测模块1110、开关模块1120和控制模块1130。其中，控制模块1130分别与所述检测模块1110、所述开关模块1120连接。
在其中一实施例中，检测模块1110可获取每个所述馈源单元310处于工作状态时所述透镜天线辐射电磁波的波束信号强度。检测模块1110还可用于检测获取每个所述馈源单元310处于工作状态时所述透镜天线的接收电磁波的功率、电磁波吸收比值或比吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)等参数。
在其中一实施例中，开关模块1120与所述馈源阵列30连接，用于选择导通与任一所述馈源单元310的连接通路。在其中一实施例中，开关模块1120可包括输入端和至少两个输出端，其中，输入端与控制模块1130连接，至少两个输出端分别与至少两个馈源单元310一一对应连接。开关模块1120可以用于接收控制模块1130发出的切换指令，以控制开关模块1120中各开关自身的导通与断开，控制该开关模块1120与任意一个天馈源单元310的导通连接，以使任意一个天馈源单元310处于工作(导通)状态。
在其中一实施例中，控制模块1130可以按照预设策略控制开关模块1120分别使每一个馈电单元分别处于工作状态，进行电磁波的收发，即可获取不同的波束指向，从而实现波束扫描。当任一馈源单元310处于工作状态时，检测模块1110可以对应获取当前透镜天线辐射电磁波的波束信号强度。参考图12，以7单元馈源阵列30为例，仿真得到波束扫描方向图。例如，当馈源阵列30中包括五个馈源单元310时，则检测模块1110可以对应获取五个波束信号强度，并从中筛选出最强的波束信号强度，并将该最强的波束信号强度对应的馈源单元310作为目标馈源单元310。控制模块1130发出的切换指令以控制该开关模块1120与目标馈源单元310的导通连接，以使目标馈源单元310处于工作(导通)状态。
本实施例中的电子设备，可以通过切换开关以使馈源阵列30的各馈源单元310单独处于工作状态，即可可获取不同的波束指向，从而实现波束扫描，而不需要移向器和衰减器，大大降低了成本。
本申请所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用可包括非易失性和/或易失性存储器。合适的非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)，它用作外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种阵列透镜，其特征在于，包括：
介质层；
两层阵列结构，分别设置于所述介质层相背两面；其中，所述阵列结构上开设有多个呈二维阵列设置的缝隙单元，所述缝隙单元包括彼此分离设置闭口环缝隙、开口环缝隙和条状缝隙，所述闭口环缝隙环绕所述开口环缝隙设置，所述闭口环缝隙的半径大于所述开口环缝隙的半径且所述开口环缝隙环绕所述条状缝隙设置，其中，
两层阵列结构中位于同一相对位置的两个缝隙单元同轴设置，且所述两个缝隙单元中的开口环缝隙的开口方向相反，同一阵列结构中多个缝隙单元中的条状缝隙在阵列方向上具有渐变的缝隙尺寸。
2.根据权利要求1所述的阵列透镜，其特征在于，所述二维阵列的阵列方向包括行方向和列方向，同一所述阵列结构中多个缝隙单元中的条状缝隙在所述行方向上具有渐变的缝隙尺寸。
3.根据权利要求2所述的阵列透镜，其特征在于，同一所述阵列结构中多个缝隙单元中的条状缝隙在所述行方向上的缝隙尺寸由所述二维阵列的第一中心线向阵列边缘对称减小，在列方向上的缝隙尺寸不变。
4.根据权利要求2所述的阵列透镜，其特征在于，同一所述阵列结构中多个缝隙单元中的条状缝隙在所述列方向上具有渐变的缝隙尺寸。
5.根据权利要求4所述的阵列透镜，其特征在于，同一所述阵列结构中多个缝隙单元中的条状缝隙在所述行方向上的缝隙尺寸由所述二维阵列的第一中心线向阵列边缘对称减小，在所述列方向上的缝隙尺寸由所述二维阵列的第二中心线向阵列边缘对称减小。
6.根据权利要求2所述的阵列透镜，其特征在于，所述缝隙尺寸至少包括所述条状缝隙沿所述列方向的长度尺寸。
7.根据权利要求1-6任一所述的阵列透镜，其特征在于，同一所述阵列结构中多个缝隙单元中的开口环缝隙在所述阵列方向上均有渐变的开口角度。
8.根据权利要求7所述的阵列透镜，其特征在于，所述阵列方向包括行方向和列方向，同一所述阵列结构中多个缝隙单元中的开口环缝隙在所述行方向上的开口角度由所述二维阵列的第一中心线向阵列边缘对称增加，在列方向上的开口角度不变，或，同一所述阵列结构中多个缝隙单元中的开口环缝隙在所述行方向上的开口角度由所述二维阵列的第一中心线向阵列边缘对称增加，在所述列方向上的开口角度由所述二维阵列的第二中心线向阵列边缘对称增加。
9.根据权利要求1所述的阵列透镜，其特征在于，同一所述阵列结构中多个缝隙单元中的开口环缝隙在所述阵列方向上均有渐变的环宽尺寸。
10.根据权利要求1所述的阵列透镜，其特征在于，在所述阵列方向上，相邻两个所述缝隙单元的中心距离相等。
11.一种透镜天线，其特征在于，包括：
馈源阵列，所述馈源阵列包括至少两个馈源单元；
与所述馈源阵列平行设置的如权利要求1-10任一所述的阵列透镜。
12.根据权利要求11所述的透镜天线，其特征在于，所述透镜天线还包括平行设置的第一隔离板和第二隔离板，所述馈源阵列和所述阵列透镜设置在所述第一隔离板和第二隔离板之间。
13.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求11～12任一项所述的透镜天线。
14.根据权利要求13所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：
检测模块，用于获取每个所述馈源单元处于工作状态时所述透镜天线的波束信号强度；
开关模块，与所述馈源阵列连接，用于选择导通与任一所述馈源单元的连接通路；
控制模块，分别与所述检测模块、所述开关模块连接，用于根据所述波束信号强度控制所述开关模块，使最强波束信号强度对应的所述馈源单元处于工作状态。
15.根据权利要求13所述的电子设备，其特征在于，所述透镜天线的数量为多个。
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超薄宽带平面聚焦超表面及其在高增益天线中的应用;侯海生 等;《物理学报》;20161231;全文 *

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