CN110739552A - 透镜结构、透镜天线及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种透镜结构、透镜天线及电子设备。该透镜结构利用多对第二缝隙可产生人工表面等离激元波导，通过设置层间或层内缝隙单元的第二缝隙的长度的渐变规律，从而获得不同的折射率分布规律以实现波束汇聚功能，且电磁波沿波导传输过程介质损耗低，故在实际应用中可以实现损耗更小、效率更高、宽带更大的透镜天线。此外，通过交替叠层设置的介质层和导电层，还可以实现低成本透镜的组装制备。

Description

透镜结构、透镜天线及电子设备

技术领域

本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种透镜结构、透镜天线及电子设备。

背景技术

透镜天线是由透镜和馈源组成的天线，利用透镜的汇聚特性，能够保证馈源处发出的电磁波经过透镜平行出射，或者，能够保证平行入射的电磁波通过透镜后汇聚到馈源处。由于电磁波入射透镜时一般需要经过多层介质层，介质的引入将会造成电磁波的损耗，从而降低透镜天线效率。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高透镜天线效率的透镜结构、透镜天线及电子设备。

为了实现本申请的目的，本申请采用如下技术方案：

一种透镜结构，包括：

多层介质层；

多导电层，所述导电层与所述介质层沿第一方向交替叠层设置，所述导电层开设有：

一个或多个缝隙单元，多个所述缝隙单元间隔且平行排列；所述缝隙单元包括第一缝隙和至少一对第二缝隙，每对所述第二缝隙分别位于所述第一缝隙轴向的两侧上；

其中，多个所述导电层中处于同一轴线上的多个所述缝隙单元之间具有所述第二缝隙的长度的第一渐变规律，和/或同一所述导电层的多个所述缝隙单元之间具有所述第二缝隙的长度的第二渐变规律；所述轴线为穿过任意所述导电层且平行于所述第一方向的直线，所述第二缝隙的长度方向垂直于所述第一缝隙的轴向。

一种透镜天线，包括：

馈源阵列；及

与所述馈源阵列平行设置的如上所述的透镜结构。

一种电子设备，包括如上所述的透镜天线。

上述透镜结构，利用对称的第二缝隙可产生人工表面等离激元波导，通过设置层间或层内缝隙单元的第二缝隙的长度的渐变规律，从而获得折射率分布规律以实现波束汇聚功能，且电磁波沿波导传输过程介质损耗低，故在实际应用中可以实现损耗更小、效率更高、宽带更大的透镜天线。此外，通过交替叠层设置的介质层和导电层，还可以实现低成本透镜的组装制备。

上述透镜天线，包括馈源阵列及透镜结构，通过透镜结构中第二缝隙的对称结构及长度的渐变规律，可以实现损耗更小、效率更高、宽带更大且成本更低的透镜天线；通过馈源阵列的设置可以实现多波束出射和波束扫描。

上述电子设备，包括如上所述的透镜天线，由于透镜天线的损耗更小、效率更高、宽带更大且成本更低，且能实现多波束出射和波束扫描，因而电子设备能够实现高效率、高增益、低成本波束扫描。

附图说明

图1为一实施例中的透镜结构的结构示意图；

图2为一实施例中的缝隙单元的结构示意图；

图3为另一实施例中的缝隙单元的结构示意图；

图4为一实施例中第一渐变规律时多个缝隙单元的结构示意图；

图5为一实施例中第二渐变规律时多个缝隙单元的结构示意图；

图6为可选实施例一中透镜结构的结构示意图；

图7为可选实施例二中透镜结构的结构示意图；

图8为可选实施例三中透镜结构的结构示意图；

图9为可选实施例四中透镜结构的结构示意图；

图10为可选实施例五中透镜结构的结构示意图；

图11为另一实施例中的缝隙单元的结构示意图；

图12为另一实施例中的缝隙单元的结构示意图；

图13为一实施例中的透镜天线的结构示意图；

图14为一实施例中的馈源阵列的结构示意图；

图15为另一实施例中的透镜天线的结构示意图；

图16为另一实施例中的透镜天线的结构示意图；

图17为一实施例中的电子设备的结构示意图；

图18为一实施例中的波束扫描方向图；

图19为一实施例中的电子设备中框结构示意图；

图20为一实施例中的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

参见图1，图1为一实施例中的透镜结构的结构示意图。

在本实施例中，透镜结构10应用于透镜天线。根据透镜天线的具体应用场景，透镜结构10设置有不同的折射率分布规律，从而实现对电磁波的汇聚功能。可选地，透镜结构10可以工作于微波频段，并可以通过结构参数的调节，适用于毫米波和太赫兹波等不同频段。

其中，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。Frequencyrange 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。

请参见图1，透镜结构10包括多层介质层100和多层导电层200；导电层200和介质层100沿第一方向交替叠层设置。其中，介质层100和导电层200的层数不受限定(图1以五层介质层100和四层导电层200为例)，同时，介质层100和导电层200之间的相对面积大小不受限定，可以根据实际应用情况进行调整。

其中，介质层100是能用于支撑固定导电层200的非导电功能层，通过介质层100与导电层200的交替叠层，可以实现多层导电层200的间隔分布；同时，通过介质层100可以将透镜结构10划分为折射率非连续的多个区域，使得导电层200在第一方向上的尺寸只需要较小的范围内变化即可实现汇聚的效果，实现低成本透镜的组装制备。可选地，当多个介质层100在交替叠层的方向上的厚度相等时，多个导电层200等间距分布。可选地，介质层100的材料为电绝缘性材料。

其中，导电层200是能用于传输电磁波的功能层，多个导电层200可以将入射的电磁波平行出射，或者将平行入射的电磁波汇聚到焦点处，或者将平行入射的电磁波发散出射。导电层200包括一个或多个缝隙单元300，当缝隙单元300为多个时，多个缝隙单元300间隔且平行设置。可选地，多个缝隙单元300等间距且并排设置。可选地，导电层200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，导电层200的材料还可以为具有高介电常数的材料。

其中，缝隙单元300包括第一缝隙301和至少一对第二缝隙302，每对第二缝隙302分别位于第一缝隙301轴向的两侧上，第二缝隙302与第一缝隙301连通，电磁波沿第一缝隙301的轴向入射至透镜结构10。

可选地，请辅助参见图2，每对第二缝隙302轴向镜像对称设置在第一缝隙301的两侧上。其中，镜像对称是指每对第二缝隙302关于第一缝隙301的轴对称。可选地，请辅助参见图3，每对第二缝隙302轴向滑移对称设置在第一缝隙301的两侧上。其中，滑移对称是指原本关于轴对称的两个第二缝隙302沿第一缝隙301的轴向相对滑移一定距离；多个缝隙单元300之间彼此独立且形状相似。

其中，第二缝隙302的长度方向大致垂直于第一缝隙301的轴向。当电磁波沿第一缝隙301的轴向入射至透镜结构10时，在第二缝隙302的长度方向上，每一个第二缝隙302的边缘可产生人工表面等离激元波导(后续简写为波导)，多对镜像对称的第二缝隙302可产生镜像对称的波导对，每个缝隙单元由多个波导成线性排列组成；多对滑移对称的第二缝隙302可产生滑移对称的波导对，每个缝隙单元由多个波导成线性排列组成。可选地，每个缝隙单元300中，位于第一缝隙301同一侧上的多个第二缝隙302平行设置且中心距离p相等，多个第二缝隙302长度h相同，从而多个缝隙单元300中，每个第二缝隙302长度方向上的边缘可产生相同的波导。其中，中心距离p可以理解为两个相邻第二缝隙302的几何中心之间的距离。

当电磁波沿轴向入射至透镜结构时，电磁波可延波导继续传播，且传播常数比自由空间大，即实现大于1的等效折射率，实现汇聚功能。由于电磁波的大部分能量集中缝隙单元300的第二缝隙302的长度方向边缘，只有少量进入介质，故几乎不受介质损耗影响，故在实际应用中可以实现损耗更小、效率更高的透镜天线。其中，当每对第二缝隙302轴向滑移对称时，等效折射率随频率变化较小，故在实际应用中可以实现更大带宽的透镜天线。

在一些实施方式中，多个导电层200中处于同一轴线上的多个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第一渐变规律，和/或，导电层200的多个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第二渐变规律。其中，轴线为穿过任意导电层200且平行于第一方向的直线。

当电磁波沿第一缝隙301的轴向入射至透镜结构10时，具有第一渐变规律的透镜结构10可以实现对电磁波波束在第一方向上的汇聚作用，具有第二渐变规律的透镜结构10可以实现对电磁波波束在第二方向上的汇聚作用。其中，第二方向同时大致垂直于第一方向和第一缝隙301的轴向，即平行于第二缝隙302的长度方向。

具体地，请辅助参见图4，第一渐变规律为第二缝隙302的长度从同一轴线的中心位置往两侧的缝隙单元300对称递减，即从多个导电层200中心层的缝隙单元300往两侧层的缝隙单元300对称递减(图4以滑移对称的第二缝隙302为例，且仅显示每个导电层200中同时处于轴线A的缝隙单元300的示意图，中间层缝隙单元300的第二缝隙302长度标记为h_3A，一侧的两层分别标记为h_2A和h_1A，另一侧的两层分别标记为h_4A和h_5A，h_3A＞h_4A＝h_2A＞h_1A＝h_5A)；参见图5，第二渐变规律为第二缝隙302的长度从导电层200的多个缝隙单元300的排列中心向两侧对称递减，即从层中心位置的缝隙单元300往层两侧的缝隙单元300对称递减(图5以滑移对称的第二缝隙302为例，且仅显示某一导电层200的多个缝隙单元300，层中心位置的成对第二缝隙302的长度标记为h_C，层中心的一侧分别标记为h_B和h_A，层中心的另一侧分别标记为h_D和h_E，h_C＞h_B＝h_D＞h_A＝h_E)。当多个缝隙单元300的相邻两个第二缝隙302的中心间距相同时，h越大，则折射率越大。

需要说明的是，递减可以为线性逐渐减小或非线性逐渐减小，例如，线性逐渐减小可以理解为按等比数列、等差数列的梯度或根据特定规律进行减小。

具体地，当导电层200的层数为至少三层时，多个导电层200中处于同一轴线上的多个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第一渐变规律；和/或，当导电层200的缝隙单元300为至少三个时，导电层200的多个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第二渐变规律。当导电层200的层数为一层或两层时，导电层包括至少三个缝隙单元300，导电层200的多个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第二渐变规律。

可选地，当导电层200与介质层100的第一方向垂直于实际应用场景中透镜天线的极化方向时，多个缝隙单元300被设置为：多个导电层200中处于同一轴线上的多个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第一渐变规律；此时，若导电层200中多个缝隙单元300的第二缝隙302的长度相同(参见可选实施例一和可选实施例二)，则透镜结构10仅实现该第一方向的电磁波汇聚；若同一导电层200中多个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第二渐变规律(参见可选实施例三)，则透镜结构10可以同时实现第一方向及第二方向的电磁波汇聚。具体地：

可选实施例一：请辅助参见图6，图6以每对第二缝隙302滑移对称设置，五层导电层200且每层导电层200仅有一个缝隙单元300为例(处于第n层导电层200的缝隙单元300的第二缝隙302的长度标记为h_n)，此时，五个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第一渐变规律：h₃＞h₄＝h₂＞h₅＝h₁，即h值从位于中心的导电层200的缝隙单元300往两边层的缝隙单元300递减，从而，透镜结构10的折射率从中间层往两边层递减，透镜结构10实现第一方向(图中的y方向)电磁波的汇聚。

可选实施例二：请辅助参见图7，图7以每对第二缝隙302滑移对称设置，五层导电层200且每层导电层200为两个缝隙单元300为例，此时，五层导电层200中处于同一轴线上的多个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第一渐变规律，且导电层200中两个缝隙单元300的第二缝隙302的长度相同。具体地：长度的渐变情况为：h_3A＝h_3B＞h_4A＝h_4B＝h_2A＝h_2B＞h_5A＝h_5B＝h_1A＝h_1B(其中，处于A轴线的多个缝隙单元300分别位于导电层200的A区域，处于第n层导电层200的A区域的缝隙单元300的第二缝隙302的长度标记为h_nA；处于B轴线的多个缝隙单元300分别位于导电层200的B区域，处于第n层导电层200的B区域的缝隙单元300的第二缝隙302的长度标记为h_nB)，即h值从中间层往两边层递减，从而，透镜结构10的折射率从中间层往两边层递减，透镜结构10实现第一方向电磁波的汇聚。

可选实施例三：请辅助参见图8，图8以每对第二缝隙302滑移对称设置，五层导电层200且每层导电层200为三个缝隙单元300为例，此时，五层导电层200中处于同一轴线上的多个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第一渐变规律，且同一导电层200中多个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第二渐变规律。具体地：处于不同导电层200轴线A(对应于导电层200的A区域，处于第n层导电层200的A区域的缝隙单元300的第二缝隙302的长度标记为h_nA)上的五个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第一渐变规律：h_3A＞h_4A＝h_2A＞h_5A＝h_1A，处于不同导电层200轴线B(对应于导电层200的B区域，处于第n层导电层200的B区域的缝隙单元300的第二缝隙302的长度标记为h_nB)上的五个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第一渐变规律：h_3B＞h_4B＝h_2B＞h_5B＝h_1B，处于不同导电层200轴线C(对应于导电层200的C区域，处于第n层导电层200的C区域的缝隙单元300的第二缝隙302的长度标记为h_nC)上的五个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第一渐变规律：h_3C＞h_4C＝h_2C＞h_5C＝h_1C，并且，每一导电层200中的长度呈第二渐变规律：h_A＝h_C＜h_B。从而，透镜结构10的折射率从中间层往两边层递减，且在层中的中心位置往两侧位置递减，透镜结构10可以同时实现第一方向及第二方向(即图中的x方向)的电磁波汇聚。

可选地，当导电层200与介质层100的第一方向平行于实际应用场景中透镜天线的极化方向时，多个缝隙单元300被设置为：导电层200中多个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第二渐变规律；此时，若不同导电层200中处于同一轴线上的多个缝隙单元300的第二缝隙302的长度相同(参见可选实施例四)，则透镜结构10仅实现第二方向的电磁波汇聚；若不同导电层200中处于同一轴线上的多个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第一渐变规律(参见可选实施例五)，则透镜结构10可以同时实现第二方向及第一方向的电磁波汇聚。具体地：

可选实施例四：请辅助参见图9，图9以每对第二缝隙302滑移对称设置，三层导电层200且每层导电层200为五个缝隙单元300为例，此时，导电层200中多个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第二渐变规律，且不同导电层200中处于同一轴线上的多个缝隙单元300的长度相同。具体地：同一导电层200的五个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第一渐变规律：h_C＞h_B＝h_D＞h_A＝h_E，即h值从层中心位置的缝隙单元300往两侧缝隙单元300递减，从而，透镜结构10的折射率从层中心位置往两侧递减，透镜结构10实现第二方向电磁波的汇聚。

可选实施例五：请辅助参见图10，图10以每对第二缝隙302滑移对称设置，三层导电层200且每层导电层200为五个缝隙单元300为例，此时，导电层200中多个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第二渐变规律，且不同导电层200中处于同一轴线上的多个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第一渐变规律。具体地：同一导电层200的五个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第一渐变规律：h_C＞h_B＝h_D＞h_A＝h_E，即h值从层中心位置的缝隙单元300往两侧缝隙单元300递减，并且，处于不同导电层200中A区域的三个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第一渐变规律：h_2A＞h_1A＝h_3A，处于不同导电层200中B区域的三个缝隙单元300之间具有长度的第一渐变规律：h_2B＞h_1B＝h_3B，处于不同导电层200中C区域的三个缝隙单元300之间具有第二缝隙302的长度的第一渐变规律：h_2C＞h_1C＝h_3C。从而，透镜结构10的等效折射率从层中心位置往两侧位置递减，同时，从中间层往两边层递减，透镜结构10实现第二方向及第一方向电磁波的汇聚。

进一步地，参见图11，第一缝隙301轴向上设有第一连通区301A和第二连通区301B，第二缝隙302位于第二连通区301B上，其中，第二连通区301B可以是缝隙单元300的入射区，也可以是缝隙单元300的出射区。缝隙单元300还包括至少一对第三缝隙303(图11以两对第三缝隙303为例)。

至少一对第三缝隙303，位于第一连通区301A上，每对第三缝隙303分别位于第一缝隙301的两侧上，第三缝隙303的长度方向平行于第二缝隙302的长度方向；在长度方向上，同一缝隙单元300的第三缝隙303的长度小于第二缝隙302的长度。

其中，第三缝隙303的结构与第二缝隙302的结构相似，可选地，每对第三缝隙303轴向镜像对称设置在第一缝隙301的两侧上；可选地，请辅助参见图3，每对第三缝隙303轴向滑移对称设置在第一缝隙301的两侧上。可选地，第三缝隙303的结构与第二缝隙302的结构类似。

由于第三缝隙303的长度小于第二缝隙302的长度，电磁波经过第二缝隙302入射至第三缝隙303时，折射率逐渐降低；当第一连通区301A为缝隙单元300入射区时，第三缝隙303可以实现透镜结构10电磁波入射区与自由空间之间阻抗匹配，降低电磁波的能量损耗；当第一连通区301A为缝隙单元300出射区时，第三缝隙303可以分别实现透镜结构10电磁波出射区与自由空间之间阻抗匹配，降低电磁波的能量损耗，从而增大电磁波的传输距离，提高透镜天线效率。

可选地，请辅助参见图12，第一缝隙301轴向上还设有第三连通区301C，第一连通区301A、第二连通区301B以及第三连通区301C沿轴向设置；缝隙单元300包括多对第三缝隙303，分别设置在第一连通区301A和第三连通区301C，即多对第三缝隙303分别位于透镜结构10的入射区和出射区。多对第三缝隙303之间具有第三渐变规律，第三渐变规律为多对第三缝隙303的长度从第一缝隙301的第一连通区301A靠近第二连通区301B的一侧向第一连通区301A远离第二连通区301B的一侧递减，和/或从第一缝隙301的第三连通区301C靠近第二连通区301B的一侧向第三连通区301C远离第二连通区301B的一侧递减。第一连通区301A和第三连通区301C的第三缝隙的对数可以相同也可以不同。图12以每个缝隙单元300的每一连通区设置有两对第三缝隙303，且每对第二缝隙302及每对第三缝隙303滑移对称设置为例，第三缝隙303的长度分别为h₁和h₂，h₁和h₂相对于h(h为第二缝隙302的长度)逐渐减小，即h>h₁>h₂，p(p为两个相邻第三缝隙303的几何中心之间的距离)保持不变。

由于多对第三缝隙303的长度从第一缝隙301的第一连通区301A靠近第二连通区301B的一侧向第一连通区301A远离第二连通区301B的一侧递减，和/或从第一缝隙301的第三连通区301C靠近第二连通区301B的一侧向第三连通区301C远离第二连通区301B的一侧递减，可以逐渐降低波导两端的折射率，进一步减少透镜结构10与自由空间之间阻抗失配的情况，更有效地降低电磁波的能量损耗，更有效地提高透镜天线效率。

可选地，缝隙单元上相邻两个第二缝隙302之间的间距等于相邻两个第三缝隙303之间的间距，从而阻抗匹配在空间上的分布更加均匀。

本实施例提供的透镜结构，利用多对对称的第二缝隙可产生人工表面等离激元波导，通过设置层间或层内缝隙单元长度的渐变规律，获得不同的折射率分布以实现波束汇聚功能，且电磁波沿波导传输过程介质损耗低，故在实际应用中可以实现损耗更小、效率更高、宽带更大的透镜天线。进一步地，通过在每个缝隙单元两端设置多对第三缝隙，可以减少透镜结构与自由空间之间阻抗失配的情况，更有效地降低电磁波的能量损耗，提高实际应用中透镜天线的效率。此外，通过交替叠层设置的介质层和导电层，还可以实现低成本透镜的组装制备。

参见图13，图13为一实施例中的透镜天线1的结构示意图。

在本实施例中，透镜天线1包括如上述实施例所述的透镜结构10及馈源阵列20。

其中，透镜结构10参见上述实施例的相关描述，在此不再赘述。

其中，馈源阵列20与透镜结构10平行设置。馈源阵列20包括多个馈源单元。可选地，请辅助参见图14(图中以5个馈源单元为例)多个馈源单元20a呈线型排列，线型排列的中心位于透镜结构10的焦点处，从而馈源阵列20可以实现多波束出射；通过对馈源阵列20不同馈源单元进行馈电，可获取不同的波束指向，从而实现波束扫描，适用于毫米波透镜天线的应用。可以理解，本实施例中的馈源阵列20可以为设置在毫米波集成模组上的辐射元件阵列，馈源单元20a可以为多种形态的辐射元件，例如可以为矩形、环形、十字形等不同形态的辐射贴片。

在本实施例提供的透镜天线，包括馈源阵列及透镜结构，通过透镜结构中第二缝隙的对称结构及长度的渐变规律，可以实现损耗更小、效率更高、宽带更大且成本更低的透镜天线；通过馈源阵列的设置可以实现多波束出射和波束扫描。

参见图15和图16，15和图16为另一实施例中的透镜天线1的结构示意图。

在本实施例中，透镜天线1包括如上述实施例所述的透镜结构10及馈源阵列20、第一金属平板30以及与第一金属平板间隔20设置的第二金属平板40。透镜结构10和馈源阵列20分别设置在第一金属平板30和第二金属平板40之间。

其中，透镜结构10和馈源阵列20参见上述实施例的相关描述，在此不再赘述。并且，根据上述实施例，透镜结构10通过导电层200和介质层100的第一方向的不同设置情况可适用于不同极化方向的应用场景。

可选地，请辅助参见图15，导电层200和介质层100的第一方向分别平行于第一金属平板30和第二金属平板40(以导电层200为一缝隙单元300且每对第二缝隙302滑移对称设置为例，附图中第一方向垂直纸面)，从而透镜结构10可以适用于垂直极化的应用场景，透镜天线1的极化方向分别垂直于第一金属平板30和第二金属平板40。

可选地，请辅助参见图16，导电层200和介质层100的第一方向分别垂直于第一金属平板30和第二金属平板40(附图中第一方向平行纸面)，从而透镜结构10可以适用于水平极化的应用场景，透镜天线1的极化方向分别平行于第一金属平板30和第二金属平板40。

其中，第一金属平板30和第二金属平板40均能用于反射内部电磁波以及屏蔽外界干扰。将透镜结构10和馈源阵列20置于第一金属平板30和第二金属平板40之间，可以减少馈源辐射电磁波的泄露，从而提高透镜天线1的效率，同时提高透镜天线1的结构强度。可选地，第一金属平板30和第二金属平板40由超硬铝板制成，当然也可以由其它不锈钢等金属材料制成。

本实施例提供的透镜天线，包括第一金属平板、第二金属平板、馈源阵列以及透镜结构，一方面，通过透镜结构中第二缝隙的对称结构及长度的渐变规律，可以实现损耗更小、效率更高、宽带更大且成本更低的透镜天线；另一方面，通过第一金属平板和第二金属平板的设置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；再者，通过馈源阵列的设置可以实现多波束出射和波束扫描。

本申请还提供了一种电子设备2，电子设备2包括如上述实施例的透镜天线1，由于透镜天线1的损耗更小、效率更高、宽带更大且成本更低，且能实现多波束出射和波束扫描，因而电子设备2能够实现高效率、高增益、低成本波束扫描，可以适用于5G通信毫米波信号的收发，同时，该透镜天线1的焦距短，尺寸小，易于集成于电子设备2中，同时可以缩小透镜天线1在电子设备2内的占用空间。

可选地，参见图17，电子设备2还包括检测模块170、开关模块171和控制模块172。

检测模块170，用于获取馈源单元20a处于工作状态时透镜天线1辐射电磁波的波束信号强度，还可用于检测获取馈源单元20a处于工作状态时透镜天线1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。

开关模块171，与开关模块171连接，用于选择导通与任一所述馈源单元20a的连接通路。可选地，开关模块171可包括输入端和多个输出端，输入端与控制模块172连接，多个输出端分别与多个馈源单元20a一一对应连接。开关模块171可以用于接收控制模块172发出的切换指令，以控制开关模块171中各开关自身的导通与断开，从而控制该开关模块171与任意一个馈源单元20a的导通连接，以使任意一个馈源单元20a处于工作(导通)状态。

控制模块172，分别与检测模块170、开关模块171连接，根据波束信号强度控制开关模块171，使最强波束信号强度对应的馈源单元20a处于工作状态。

从而，通过检测模块170、开关模块171和控制模块172可以使任意一个馈源单元20a工作，以获取不同的波束指向，从而实现波束扫描，可以适用于毫米波透镜天线的应用；并且，波束扫描过程不需要移向器和衰减器，大大降低了成本。

以馈源阵列20包括五个馈源单元为例，检测模块170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20a作为目标馈源单元，控制模块172发出的切换指令以控制该开关模块171与目标馈源单元的导通连接，以使目标馈源单元处于工作(导通)状态。仿真得到如图18所示的波束扫描方向图。根据仿真结果可以看出，手机通过两个透镜天线1的设置，可以实现手机6G毫米波高效率、高增益、低成本的波束扫描。

可选地，电子设备2包括多个透镜天线1，多个透镜天线1分布于电子设备2中框的不同侧边。可选地，请辅助参见图19，电子设备2中框包括相背设置的第一侧边191、第三侧边193，以及相背设置的第二侧边192和第四侧边194，第二侧边192连接第一侧边191、第三侧边193的一端，第四侧边194连接第一侧边191、第三侧边193的另一端。第一侧边191、第二侧边192、第三侧边193以及第四侧边194中的至少两侧边分别设有透镜天线1。

以电子设备2包括两个透镜天线1为例，可选地，请辅助参见图20，两个透镜天线1设置在手机的两个长边(例如为第一侧边191和第三侧边193)，即可覆盖手机两侧的空间。

需要说明的是，上述实施例中的电子设备2，包括但不限于手机、平板电脑、显示器、智能手表等任何具有天线收发功能的产品和部件。上述电子设备2中各个单元的划分仅用于举例说明，在其他实施例中，可将电子设备2按照需要划分为不同的模块，以完成上述电子设备2的全部或部分功能。

以上所述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发明专利范围的限制。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 (20)

1.一种透镜结构，其特征在于，包括：

多层介质层；

多层导电层，所述导电层与所述介质层沿第一方向交替叠层设置，所述导电层开设有：

一个或多个缝隙单元，多个所述缝隙单元间隔且平行排列；所述缝隙单元包括第一缝隙和至少一对第二缝隙，每对所述第二缝隙分别位于所述第一缝隙轴向的两侧上，所述第二缝隙与所述第一缝隙连通；

其中，多个所述导电层中处于同一轴线上的多个所述缝隙单元之间具有所述第二缝隙的长度的第一渐变规律，和/或，同一所述导电层的多个所述缝隙单元之间具有所述第二缝隙的长度的第二渐变规律；所述轴线为穿过任意所述导电层且平行于所述第一方向的直线，所述第二缝隙的长度方向垂直于所述第一缝隙的轴向。

2.根据权利要求1所述的透镜结构，其特征在于，所述第一渐变规律为所述长度从所述轴线的中心位置往两侧的所述缝隙单元对称递减，所述第二渐变规律为所述长度从所述导电层的多个所述缝隙单元的排列中心向两侧对称递减；

其中，当所述导电层的层数为至少三层时，多个所述导电层中处于同一所述轴线上的多个所述缝隙单元之间具有所述第一渐变规律；和/或，当所述导电层的所述缝隙单元为至少三个时，所述导电层的多个所述缝隙单元之间具有所述第二渐变规律；

当所述导电层的层数为一层或两层时，所述导电层包括至少三个所述缝隙单元，所述导电层的多个所述缝隙单元之间具有所述第二渐变规律。

3.根据权利要求2所述的透镜结构，其特征在于，多个所述导电层中处于同一所述轴线上的多个所述缝隙单元之间具有所述第一渐变规律：

所述导电层中多个所述缝隙单元的所述长度相同；或所述导电层中多个所述缝隙单元之间具有所述第二渐变规律。

4.根据权利要求2所述的透镜结构，其特征在于，所述导电层中多个所述缝隙单元之间具有所述第二渐变规律：

多个所述导电层中处于同一所述轴线上的多个所述缝隙单元的所述长度相同；或多个所述导电层中处于同一所述轴线上的多个所述缝隙单元之间具有所述第一渐变规律。

5.根据权利要求1所述的透镜结构，其特征在于，每对所述第二缝隙轴向镜像对称设置在所述第一缝隙的两侧上；或者，每对所述第二缝隙轴向滑移对称设置在所述第一缝隙的两侧上。

6.根据权利要求1所述的透镜结构，其特征在于，所述缝隙单元中，位于所述第一缝隙同一侧上的多个所述第二缝隙等间距且平行设置，多个所述第二缝隙长度相同。

7.根据权利要求1所述的透镜结构，其特征在于，所述导电层中的多个所述缝隙单元之间等间距设置。

8.根据权利要求1-7任一项所述的透镜结构，其特征在于，所述第一缝隙轴向上设有第一连通区和第二连通区，所述第二缝隙位于所述第二连通区上，所述缝隙单元还包括：

至少一对第三缝隙，位于所述第一连通区上，每对所述第三缝隙分别位于所述第一缝隙的两侧上，所述第三缝隙的长度方向平行于所述第二缝隙的长度方向，所述长度方向垂直于所述轴向；

在所述长度方向上，同一所述缝隙单元的所述第三缝隙的长度小于所述第二缝隙的长度。

9.根据权利要求8所述的透镜结构，其特征在于，每对所述第三缝隙轴向镜像对称设置在所述第一缝隙的两侧上；或者，每对所述第三缝隙轴向滑移对称设置在所述第一缝隙的两侧上。

10.根据权利要求8所述的透镜结构，其特征在于，所述第一缝隙轴向上还设有第三连通区，所述第一连通区、所述第二连通区以及所述第三连通区沿所述轴向设置；所述缝隙单元包括：

多对所述第三缝隙，分别位于所述第一连通区和所述第三连通区，多对所述第三缝隙之间具有第三渐变规律。

11.根据权利要求10所述的透镜结构，其特征在于，所述第三渐变规律为多对所述第三缝隙的长度从所述第一连通区靠近所述第二连通区的一侧向所述第一连通区远离所述第二连通区的一侧递减，和/或从所述第三连通区靠近所述第二连通区的一侧向所述第三连通区远离所述第二连通区的一侧递减。

12.根据权利要求8所述的透镜结构，其特征在于，所述缝隙单元上，相邻两个所述第二缝隙之间的间距等于相邻两个所述第三缝隙之间的间距。

13.一种透镜天线，其特征在于，包括：

馈源阵列；及

与所述馈源阵列平行设置的如权利要求1-12任一项所述的透镜结构。

14.根据权利要求13所述的透镜天线，其特征在于，还包括：

第一金属平板；

与所述第一金属平板平行且间隔设置的第二金属平板；

其中，所述透镜结构和所述馈源阵列分别设置在所述第一金属平板和所述第二金属平板之间。

15.根据权利要求14所述的透镜天线，其特征在于，所述第一方向分别平行于所述第一金属平板和所述第二金属平板。

16.根据权利要求15所述的透镜天线，其特征在于，所述透镜天线的极化方向分别垂直于所述第一金属平板和所述第二金属平板。

17.根据权利要求14所述的透镜天线，其特征在于，所述第一方向分别垂直于所述第一金属平板和所述第二金属平板。

18.根据权利要求17所述的透镜天线，其特征在于，所述透镜天线的极化方向分别平行于所述第一金属平板和所述第二金属平板。

19.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求13-18任一项所述的透镜天线。

20.根据权利要求19所述的电子设备，其特征在于，所述馈源阵列包括多个馈源单元，所述电子设备还包括：

检测模块，用于获取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。

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