CN110768021B - 透镜结构、透镜天线及电子设备 - Google Patents

透镜结构、透镜天线及电子设备 Download PDF

Info

Publication number
CN110768021B
CN110768021B CN201911054557.2A CN201911054557A CN110768021B CN 110768021 B CN110768021 B CN 110768021B CN 201911054557 A CN201911054557 A CN 201911054557A CN 110768021 B CN110768021 B CN 110768021B
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveguide
lens
connection region
layers
lens structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911054557.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110768021A (zh
Inventor
杨帆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Original Assignee
Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd filed Critical Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Priority to CN201911054557.2A priority Critical patent/CN110768021B/zh
Publication of CN110768021A publication Critical patent/CN110768021A/zh
Priority to PCT/CN2020/122035 priority patent/WO2021082976A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110768021B publication Critical patent/CN110768021B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

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导电片可产生人工表面等离激元波导，通过设置层间或层内波导结构的第二导电片的个数的渐变规律，从而获得相位延迟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波导层，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；
多波导层，所述波导层与所述介质层沿第一方向交替叠层设置，所述波导层包括：
一个或多个波导结构，多个所述波导结构间隔且平行排列；所述波导结构包括第一导电片和至少一对第二导电片，每对所述第二导电片分别设置在所述第一导电片轴向的两侧上；
其中，多个所述波导层中处于同一轴线上的多个所述波导结构之间具有所述第二导电片的个数的第一渐变规律，和/或所述波导层的多个所述波导结构之间具有所述个数的第二渐变规律；所述轴线为穿过任意所述波导层且平行于所述第一方向的直线。
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，利用对称的第二导电片可产生人工表面等离激元波导，通过设置层间或层内波导结构的第二导电片的个数的渐变规律，从而获得相位延迟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波导层，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导电片的对称结构及个数的渐变规律，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为一实施例中的波导结构的结构示意图；
图3为另一实施例中的波导结构的结构示意图；
图4为一实施例中第一渐变规律时多个波导结构的结构示意图；
图5为一实施例中第二渐变规律时多个波导结构的结构示意图；
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为另一实施例中的波导结构的结构示意图；
图12为另一实施例中的波导结构的结构示意图；
图13为另一实施例中的波导结构的结构示意图；
图14为一实施例中的透镜天线的结构示意图；
图15为一实施例中的馈源阵列的结构示意图；
图16为另一实施例中的透镜天线的结构示意图；
图17为另一实施例中的透镜天线的结构示意图；
图18为一实施例中的电子设备的结构示意图；
图19为一实施例中的波束扫描方向图；
图20为一实施例中的电子设备中框结构示意图；
图21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设置有不同的相位延迟分布规律，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和多层波导层200；波导层200和介质层100沿第一方向交替叠层设置。其中，介质层100和波导层200的层数不受限定(图1以五层介质层100和四层波导层200为例)，同时，介质层100和波导层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是能用于支撑固定波导层200的非导电功能层，通过介质层100与波导层200的交替叠层，可以实现多层波导层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，使得波导层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，多个波导层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，波导层200是能用于传输电磁波的功能层，多个波导层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。波导层200包括一个或多个波导结构300，当波导结构300为多个时，多个波导结构300间隔且平行设置。可选地，多个波导结构300等间距且并排设置。可选地，波导层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，波导层200的材料还可以为具有高介电常数的材料。
其中，波导结构300包括第一导电片301和至少一对第二导电片302，每对第二导电片302分别设置在第一导电片301轴向的两侧上，电磁波沿第一导电片301的轴向入射至透镜结构10。
可选地，请辅助参见图2，每对第二导电片302轴向镜像对称设置在第一导电片301的两侧上。其中，镜像对称是指每对第二导电片302关于第一导电片301的轴对称。可选地，请辅助参见图3，每对第二导电片302轴向滑移对称设置在第一导电片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导电片302沿第一导电片301的轴向相对滑移一定距离；多个波导结构300之间彼此独立且形状相似。
其中，第二导电片302的长度方向大致垂直于第一导电片301的轴向。当电磁波沿第一导电片301的轴向入射至透镜结构10时，在第二导电片302的长度方向上，每一个第二导电片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导电片302可产生镜像对称的波导对，每个波导结构由多个波导成线性排列组成；多对滑移对称的第二导电片302可产生滑移对称的波导对，每个波导结构由多个波导成线性排列组成。可选地，每个波导结构300中，位于第一导电片301同一侧上的多个第二导电片302平行设置且中心距离p相等，多个第二导电片302长度h相同，从而多个波导结构300中，每个第二导电片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导电片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波导结构300的第二导电片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，当每对第二导电片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，多个波导层200中处于同一轴线上的多个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第一渐变规律，和/或，波导层200的多个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第二渐变规律。其中，轴线为穿过任意波导层200且平行于第一方向的直线。
当电磁波沿第一导电片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导电片301的轴向，即平行于第二导电片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导电片302的个数从同一轴线的中心位置往两侧的波导结构300对称递减，即从多个波导层200中心层的波导结构300往两侧层的波导结构300对称递减(图4以滑移对称的第二导电片302为例，且仅显示每个波导层200中同时处于轴线A的波导结构300的示意图，中间层波导结构300的第二导电片302个数标记为T3A，一侧的两层分别标记为T2A和T1A，另一侧的两层分别标记为T4A和T5A，T3A＞T4A＝T2A＞T1A＝T5A)；参见图5，第二渐变规律为第二导电片302的个数从波导层200的多个波导结构300的排列中心向两侧对称递减，即从层中心位置的波导结构300往层两侧的波导结构300对称递减(图5以滑移对称的第二导电片302为例，且仅显示某一波导层200的多个波导结构300，层中心位置的成对第二导电片302的个数标记为TC，层中心的一侧分别标记为TB和TA，层中心的另一侧分别标记为TD和TE，TC＞TB＝TD＞TA＝TE)。当多个波导结构300的第二导电片302的结构尺寸相同时，T越大，则相位延迟值越大。
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，当波导层200的层数为至少三层时，多个波导层200中处于同一轴线上的多个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第一渐变规律；和/或，当波导层200的波导结构300为至少三个时，波导层200的多个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第二渐变规律。当波导层200的层数为一层或两层时，波导层包括至少三个波导结构300，波导层200的多个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第二渐变规律。
可选地，当波导层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，多个波导结构300被设置为：多个波导层200中处于同一轴线上的多个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第一渐变规律；此时，若波导层200中多个波导结构300的第二导电片302的个数相同(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；若同一波导层200中多个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第二渐变规律(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以每对第二导电片302滑移对称设置，五层波导层200且每层波导层200仅有一个波导结构300为例(处于第n层波导层200的波导结构300的第二导电片302的个数标记为Tn)，此时，五个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第一渐变规律：T3＞T4＝T2＞T5＝T1，即T值从位于中心的波导层200的波导结构300往两边层的波导结构300递减，从而，透镜结构10的相位延迟值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以每对第二导电片302滑移对称设置，五层波导层200且每层波导层200为两个波导结构300为例，此时，五层波导层200中处于同一轴线上的多个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第一渐变规律，且波导层200中两个波导结构300的第二导电片302的个数相同。具体地：个数的渐变情况为：T3A＝T3B＞T4A＝T4B＝T2A＝T2B＞T5A＝T5B＝T1A＝T1B(其中，处于A轴线的多个波导结构300分别位于波导层200的A区域，处于第n层波导层200的A区域的波导结构300的第二导电片302的个数标记为TnA；处于B轴线的多个波导结构300分别位于波导层200的B区域，处于第n层波导层200的B区域的波导结构300的第二导电片302的个数标记为TnB)，即T值从中间层往两边层递减，从而，透镜结构10的相位延迟值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以每对第二导电片302滑移对称设置，五层波导层200且每层波导层200为三个波导结构300为例，此时，五层波导层200中处于同一轴线上的多个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第一渐变规律，且同一波导层200中多个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第二渐变规律。具体地：处于不同波导层200轴线A(对应于波导层200的A区域，处于第n层波导层200的A区域的波导结构300的第二导电片302的个数标记为TnA)上的五个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第一渐变规律：T3A＞T4A＝T2A＞T5A＝T1A，处于不同波导层200轴线B(对应于波导层200的B区域，处于第n层波导层200的B区域的波导结构300的第二导电片302的个数标记为TnB)上的五个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第一渐变规律：T3B＞T4B＝T2B＞T5B＝T1B，处于不同波导层200轴线C(对应于波导层200的C区域，处于第n层波导层200的C区域的波导结构300的第二导电片302的个数标记为TnC)上的五个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第一渐变规律：T3C＞T4C＝T2C＞T5C＝T1C，并且，每一波导层200中的个数呈第二渐变规律：TA＝TC＜TB。从而，透镜结构10的相位延迟值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，当波导层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，多个波导结构300被设置为：波导层200中多个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第二渐变规律；此时，若不同波导层200中处于同一轴线上的多个波导结构300的第二导电片302的个数相同(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；若不同波导层200中处于同一轴线上的多个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第一渐变规律(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以每对第二导电片302滑移对称设置，三层波导层200且每层波导层200为五个波导结构300为例，此时，波导层200中多个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第二渐变规律，且不同波导层200中处于同一轴线上的多个波导结构300的个数相同。具体地：同一波导层200的五个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第一渐变规律：TC＞TB＝TD＞TA＝TE，即T值从层中心位置的波导结构300往两侧波导结构300递减，从而，透镜结构10的相位延迟值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以每对第二导电片302滑移对称设置，三层波导层200且每层波导层200为五个波导结构300为例，此时，波导层200中多个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第二渐变规律，且不同波导层200中处于同一轴线上的多个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第一渐变规律。具体地：同一波导层200的五个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第一渐变规律：TC＞TB＝TD＞TA＝TE，即T值从层中心位置的波导结构300往两侧波导结构300递减，并且，处于不同波导层200中A区域的三个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第一渐变规律：T2A＞T1A＝T3A，处于不同波导层200中B区域的三个波导结构300之间具有个数的第一渐变规律：T2B＞T1B＝T3B，处于不同波导层200中C区域的三个波导结构300之间具有第二导电片302的个数的第一渐变规律：T2C＞T1C＝T3C。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，第一导电片301轴向上设有第一连接区301A和第二连接区301B，第二导电片302设置在第二连接区301B上，其中，第二连接区301B可以是波导结构300的入射区，也可以是波导结构300的出射区。波导结构300还包括至少一对匹配段303(图11以两对匹配段303为例)。
至少一对匹配段303，设置在第一连接区301A上，每对匹配段303分别设置在第一导电片301的两侧上，匹配段303的长度方向平行于第二导电片302的长度方向；长度方向垂直于第一导电片301的轴向；在长度方向上，同一波导结构300的匹配段303的长度小于第二导电片302的长度。
其中，匹配段303的结构与第二导电片302的结构相似，可选地，每对匹配段303轴向镜像对称设置在第一导电片301的两侧上；可选地，每对匹配段303轴向滑移对称设置在第一导电片301的两侧上。匹配段303具有导电性，可选地，匹配段303的材料与第二导电片302的材料相同。
由于匹配段303的长度小于第二导电片302的长度，电磁波经过第二导电片302入射至匹配段303时，折射率逐渐降低；当第一连接区为波导结构300入射区时，匹配段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；当第一连接区为波导结构300出射区时，匹配段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，第一导电片301轴向上还设有第三连接区301C，第一连接区301A、第二连接区301B以及第三连接区301C沿轴向设置；波导结构300包括多对匹配段303，分别设置在第一连接区301A和第三连接区301C，即多对匹配段303分别位于透镜结构10的入射区和出射区。多对匹配段303之间具有第三渐变规律，第三渐变规律为多对匹配段303的长度从第一导电片301的第一连接区301A靠近第二连接区301B的一侧向第一连接区301A远离第二连接区301B的一侧递减，和/或从第一导电片301的第三连接区301C靠近第二连接区301B的一侧向第三连接区301C远离第二连接区301B的一侧递减。第一连接区301A和第三连接区301C的匹配段的对数可以相同也可以不同。图13以每个波导结构300的每一连接区设置有两对匹配段303，且每对第二导电片302及每对匹配段303滑移对称设置为例，匹配段303的长度分别为h1和h2，h1和h2相对于h(h为第二导电片302的长度)逐渐减小，即h>h1>h2，p(p为两个相邻匹配段303的几何中心之间的距离)保持不变。
由于多对匹配段303的长度从第一导电片301的第一连接区301A靠近第二连接区301B的一侧向第一连接区301A远离第二连接区301B的一侧递减，和/或从第一导电片301的第三连接区301C靠近第二连接区301B的一侧向第三连接区301C远离第二连接区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，波导结构上相邻两个第二导电片302之间的间距等于相邻两个匹配段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导电片可产生人工表面等离激元波导，通过设置层间或层内波导结构个数的渐变规律，获得相位延迟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，通过在每个波导结构两端设置多对匹配段，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波导层，还可以实现低成本透镜的组装制备。
参见图14，图14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15(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导电片的对称结构及个数的渐变规律，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16和图17，图16和图17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30间隔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通过波导层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16，波导层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(以波导层200为一波导结构300且每对第二导电片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17，波导层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导电片的对称结构及个数的渐变规律，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16，电子设备2还包括检测模块160、开关模块161和控制模块162。
检测模块160，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161，与开关模块161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161可包括输入端和多个输出端，输入端与控制模块162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161可以用于接收控制模块162发出的切换指令，以控制开关模块161中各开关自身的导通与断开，从而控制该开关模块161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162，分别与检测模块160、开关模块161连接，根据波束信号强度控制开关模块161，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160、开关模块161和控制模块162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160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162发出的切换指令以控制该开关模块161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19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20，电子设备2中框包括相背设置的第一侧边181、第三侧边183，以及相背设置的第二侧边182和第四侧边184，第二侧边182连接第一侧边181、第三侧边183的一端，第四侧边184连接第一侧边181、第三侧边183的另一端。第一侧边181、第二侧边182、第三侧边183以及第四侧边184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21，两个透镜天线1设置在手机的两个长边(例如为第一侧边181和第三侧边183)，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；
多层波导层，所述波导层与所述介质层沿第一方向交替叠层设置，所述波导层包括：
一个或多个波导结构，多个所述波导结构间隔且平行排列；所述波导结构包括第一导电片和至少一对第二导电片，每对所述第二导电片分别设置在所述第一导电片轴向的两侧上；电磁波沿所述第一导电片的轴向入射；
其中，多个所述波导层中处于同一轴线上的多个所述波导结构之间具有所述第二导电片的个数的第一渐变规律，和，所述波导层的多个所述波导结构之间具有所述个数的第二渐变规律；所述轴线为穿过任意所述波导层且平行于所述第一方向的直线；所述第二渐变规律为所述个数从所述波导层的多个所述波导结构的排列中心向两侧对称递减。
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个数从所述轴线的中心位置往两侧的所述波导结构对称递减；
其中，当所述波导层的层数为至少三层时，多个所述波导层中处于同一所述轴线上的多个所述波导结构之间具有所述第一渐变规律；和/或，当所述波导层的所述波导结构为至少三个时，所述波导层的多个所述波导结构之间具有所述第二渐变规律；
当所述波导层的层数为一层或两层时，所述波导层包括至少三个所述波导结构，所述波导层的多个所述波导结构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，多个所述波导层中处于同一所述轴线上的多个所述波导结构之间具有所述第一渐变规律：
所述波导层中多个所述波导结构的所述个数相同；或所述波导层中多个所述波导结构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，所述波导层中多个所述波导结构之间具有所述第二渐变规律：
多个所述波导层中处于同一所述轴线上的多个所述波导结构的所述个数相同；或多个所述波导层中处于同一所述轴线上的多个所述波导结构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，每对所述第二导电片轴向镜像对称设置在所述第一导电片的两侧上；或者，每对所述第二导电片轴向滑移对称设置在所述第一导电片的两侧上。
6.根据权利要求1所述的透镜结构，其特征在于，所述波导结构中，位于所述第一导电片同一侧上的多个所述第二导电片等间距且平行设置，多个所述第二导电片长度相同。
7.根据权利要求1所述的透镜结构，其特征在于，所述波导层中的多个所述波导结构之间等间距设置。
8.根据权利要求1-7任一项所述的透镜结构，其特征在于，所述第一导电片轴向上设有第一连接区和第二连接区，所述第二导电片设置在所述第二连接区上，所述波导结构还包括：
至少一对匹配段，设置在所述第一连接区上，每对所述匹配段分别设置在所述第一导电片的两侧上，所述匹配段的长度方向平行于所述第二导电片的长度方向，所述长度方向垂直于所述轴向；
在所述长度方向上，同一所述波导结构的所述匹配段的长度小于所述第二导电片的长度。
9.根据权利要求8所述的透镜结构，其特征在于，每对所述匹配段轴向镜像对称设置在所述第一导电片的两侧上；或者，每对所述匹配段轴向滑移对称设置在所述第一导电片的两侧上。
10.根据权利要求8所述的透镜结构，其特征在于，所述第一导电片轴向上还设有第三连接区，所述第一连接区、所述第二连接区以及所述第三连接区沿所述轴向设置；所述波导结构包括：
多对所述匹配段，分别设置在所述第一连接区和所述第三连接区，多对所述匹配段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匹配段的长度从所述第一连接区靠近所述第二连接区的一侧向所述第一连接区远离所述第二连接区的一侧递减，和/或从所述第三连接区靠近所述第二连接区的一侧向所述第三连接区远离所述第二连接区的一侧递减。
12.根据权利要求8所述的透镜结构，其特征在于，所述波导结构上，相邻两个所述第二导电片之间的间距等于相邻两个所述匹配段之间的间距。
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。
CN201911054557.2A 2019-10-31 2019-10-31 透镜结构、透镜天线及电子设备 Active CN110768021B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911054557.2A CN110768021B (zh) 2019-10-31 2019-10-31 透镜结构、透镜天线及电子设备
PCT/CN2020/122035 WO2021082976A1 (zh) 2019-10-31 2020-10-20 透镜结构、透镜天线及电子设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911054557.2A CN110768021B (zh) 2019-10-31 2019-10-31 透镜结构、透镜天线及电子设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110768021A CN110768021A (zh) 2020-02-07
CN110768021B true CN110768021B (zh) 2022-01-11

Family

ID=69335094

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911054557.2A Active CN110768021B (zh) 2019-10-31 2019-10-31 透镜结构、透镜天线及电子设备

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN110768021B (zh)
WO (1) WO2021082976A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110768021B (zh) * 2019-10-31 2022-01-11 Oppo广东移动通信有限公司 透镜结构、透镜天线及电子设备
CN115764294B (zh) * 2022-12-21 2023-11-21 中国矿业大学 一种基于人工表面等离激元的全角度高速率波束扫描天线
CN117154416B (zh) * 2023-10-30 2024-01-26 广东福顺天际通信有限公司 一种可收纳电磁波透镜

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110034396A (zh) * 2019-03-29 2019-07-19 上海交通大学 基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线
CN110380230A (zh) * 2019-07-25 2019-10-25 东南大学 一种基于三维阻抗匹配透镜的超宽带高增益透镜天线及其设计方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102780096A (zh) * 2011-05-11 2012-11-14 深圳光启高等理工研究院 超材料透镜天线
US10714834B2 (en) * 2016-12-20 2020-07-14 Arizona Board of Regents on behalf of Arlzona State University Broadband quad-ridge horn antennas
WO2018231844A1 (en) * 2017-06-12 2018-12-20 Fractal Antenna Systems, Inc. Parasitic antenna arrays incorporating fractal metamaterials
CN110768021B (zh) * 2019-10-31 2022-01-11 Oppo广东移动通信有限公司 透镜结构、透镜天线及电子设备

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110034396A (zh) * 2019-03-29 2019-07-19 上海交通大学 基于人工表面等离激元结构的垂直极化全向天线
CN110380230A (zh) * 2019-07-25 2019-10-25 东南大学 一种基于三维阻抗匹配透镜的超宽带高增益透镜天线及其设计方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Achromatic flat focusing lens based on dispersion engineering of spoof surface plasmon polaritons;Jie Yang et al;《Applied Physics Letters》;20170518;第110卷(第20期);第1-5页 *
基于波导色散特性的波束扫描天线技术;杨帆;《中国博士学位论文全文数据库》;20190615(第6期);第55-79页 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021082976A1 (zh) 2021-05-06
CN110768021A (zh) 2020-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110768021B (zh) 透镜结构、透镜天线及电子设备
KR101119228B1 (ko) 메타물질 구조에 기반한 안테나, 장치 및 시스템
Alibakhshi‐Kenari et al. Periodic array of complementary artificial magnetic conductor metamaterials‐based multiband antennas for broadband wireless transceivers
Haghighi et al. A three-band substrate integrated waveguide leaky-wave antenna based on composite right/left-handed structure
CN110783702B (zh) 天线模组及电子设备
CN112259962B (zh) 基于双模平行波导的双频段共口径天线阵
EP3261179B1 (en) Leaky wave antenna
CN110739552B (zh) 透镜结构、透镜天线及电子设备
CN111052507B (zh) 一种天线及无线设备
CN109742538A (zh) 一种移动终端毫米波相控阵磁偶极子天线及其天线阵列
CN104953295B (zh) 一种小型化定向缝隙天线
KR102127201B1 (ko) 특정 각도에서 빔 조향 손실을 보상하기 위한 비선형 메타표면
US20200373666A1 (en) Multiband antenna, wireless communication module, and wireless communication device
CN110752446B (zh) 透镜结构、透镜天线及电子设备
CN110768022B (zh) 透镜结构、透镜天线及电子设备
CN110854541B (zh) 介质透镜、透镜天线和电子设备
CN109687124A (zh) 一种用于移动终端的毫米波相控阵天线装置及其实现方法
CN112751207B (zh) 透镜结构、透镜天线及电子设备
CN112751206B (zh) 透镜结构、透镜天线及电子设备
KR20180052071A (ko) 파라볼릭-하이퍼볼릭 반사기를 포함하는 안테나 장치
Khabba et al. Beam-steering millimeter-wave antenna array for fifth generation smartphone applications
CN110854540B (zh) 介质透镜、透镜天线和电子设备
Ye et al. A miniaturized Antipodal Vivaldi Antenna with director for ultra-wide-band applications
Wang et al. Novel antenna using substrate integrated waveguide for passive millimeter-wave focal plane array imaging
CN112582803B (zh) 阵列透镜、透镜天线和电子设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant