CN110943278B - 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：至少一介质层；至少两层阵列结构，介质层与阵列结构沿第一方向交替层叠设置；每一层阵列结构包括金属本体，金属本体上开设有多个呈阵列设置的镂空槽，每个镂空槽中内置有与金属本体隔离的阵列单元，至少两层阵列结构位于同一相对位置的多个阵列单元在第一方向上同轴设置；其中，同一阵列结构中，多个镂空槽中的阵列单元在至少一个阵列方向上具有相对于阵列方向渐变的相对旋转角度；可对不同频段的相位分布进行补偿，能对电磁波进行汇聚，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度，覆盖范围大。

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 线通常扫描角度有限，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：
至少一介质层；
至少两层阵列结构，所述介质层与所述阵列结构沿第一方向交替层叠设置； 每一层所述阵列结构包括金属本体，所述金属本体上开设有多个呈阵列设置的 镂空槽，每个所述镂空槽中内置有与所述金属本体隔离的阵列单元，所述至少 两层阵列结构位于同一相对位置的多个所述阵列单元在所述第一方向上同轴设 置；
其中，同一所述阵列结构中，所述多个镂空槽中的阵列单元在至少一个阵 列方向上具有相对于所述阵列方向渐变的相对旋转角度。
此外，还提供一种透镜天线，包括上述的阵列透镜和与所述阵列透镜平行 设置的馈源阵列。
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，包括至少一介质层；至少两层阵列 结构，所述介质层与所述阵列结构沿第一方向交替层叠设置；每一层所述阵列 结构包括金属本体，所述金属本体上开设有多个呈阵列设置的镂空槽，每个所 述镂空槽中内置有与所述金属本体隔离的阵列单元，所述至少两层阵列结构位 于同一相对位置的多个所述阵列单元在所述第一方向上同轴设置；其中，同一 所述阵列结构中，所述多个镂空槽中的阵列单元在至少一个阵列方向上具有相 对于所述阵列方向渐变的相对旋转角度，可对不同频段的相位分布进行补偿， 能对电磁波进行汇聚，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度。
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为一实施例中阵列透镜的结构示意图；
图3为一实施例中阵列透镜的结构示意图；
图4为一实施例中阵列透镜的结构示意图；
图5为一实施例中阵列透镜的结构示意图；
图6为一实施例中阵列透镜的结构示意图；
图7为一实施例中阵列透镜的结构示意图；
图8为一实施例中阵列透镜的结构示意图；
图9为一实施例中阵列透镜的结构示意图；
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；
图13为一个实施例中包括透镜天线的电子设备的示意图。
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(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。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)。在该中板120上可集成用于收发毫米波信号的天线模组，还可以集成能够控制电子设备的 运行的控制器等。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，本申请实施例提供一种阵列透镜。在其中一实施例中，阵列 透镜包括至少两层阵列结构210和至少一介质层220，所述介质层220与所述阵 列结构210沿第一方向交替层叠设置。例如，阵列透镜沿第一方向的第一层至 第三层依次可为可包括层阵列结构210、介质层220、层阵列结构210。
在其中一个实施例中，阵列透镜包括相背设置的顶层和底层。阵列透镜包 括多层当介质层220和多层阵列结构210时，阵列透镜的顶层可以阵列结构210 或介质层220，阵列透镜的底层也可以为阵列结构210或介质层220，例如，阵 列透镜沿第一方向的第一层至第M层依次可为阵列结构210、介质层220、阵列 结构210、…、阵列结构210。在本申请实施例中，对阵列透镜210顶层和底层 的具体层状结构不做进一步的限定。
需要说明的是，第一方向可以理解为该阵列透镜的纵向方向(Z轴方向)， 也可以理解为阵列透镜的堆叠方向。
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，可以实现多层阵列结构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。可选地，当多层介质层 220在第一方向上的厚度相等时，多层阵列结构210等间距分布。
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。
其中，阵列结构210是能用于传输电磁波的导电功能层，多层阵列结构210 和多层介质层220构成了具有相位延迟或实现对电磁波汇聚的阵列透镜，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。
每一层所述阵列结构210包括金属本体，所述金属本体上开设有多个呈阵 列设置的镂空槽211，每个所述镂空槽211中内置有与所述金属本体隔离的阵列 单元212。
在一个实施例中，位于镂空槽211内的阵列单元212与该镂空槽211同轴 设置，也即，该镂空槽211的中心与该阵列单元212的中心同轴设置。其中， 镂空槽211的中心可以理解为该镂空槽211的形心。其中，每个阵列单元212 均可绕镂空槽211的中轴线进行旋转。也即，阵列单元212以所在镂空槽211 的中心为轴旋转。
在一个实施例中，阵列结构210中开设的镂空槽211贯穿该阵列结构210， 也即该镂空槽211可理解设置在该阵列结构210中的通孔，其中，阵列单元212 与介质层220贴合设置。
在一个实施例中，镂空槽211可以为椭圆、圆形镂空槽，也可以为矩形、 正方形镂空槽，在本申请实施例中，对镂空槽211的具体形状不做进一步的限 定。
在一个实施例中，每一层所述阵列结构210包括的多个镂空槽211可呈二 维阵列，即位于多个镂空槽211内的多个阵列单元212也呈二维阵列。二维阵 列可包括行方向和列方向。阵列结构210所在平面为X轴、Y轴所构成的平面， 其中，X轴方向为行方向，Y轴为列方向。
在其中一个实施例中，该阵列单元212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，该阵列单元212的材料还可以 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。
在其中一个实施例中，每层阵列结构210可都相同。举例说明，阵列结构 210中阵列单元212的形状、数量、相对旋转角度渐变方式、阵列方式、厚度、 材质等。
至少两层阵列结构210位于同一相对位置的多个所述阵列单元212在所述 第一方向上同轴设置。也即，多层所述阵列结构210中位于同一相对位置的多 个所述阵列单元212均位于同一轴线上。轴线为穿过任意所述阵列单元212且 平行于所述第一方向(Z轴方向)的直线。进一步的每条轴线均穿过该阵列单元 212的形心。形心可以理解为该阵列单元212几何形状的中心，若阵列单元212 的几何形状为矩形，则该形心为该矩形对角线的交点，若阵列单元212的几何 形状为圆形，则个形心为该圆形的圆心。
在本申请中，每层所述阵列结构210所在平面可构建相同的直角坐标系， 其该直角坐标系的原点可均在阵列结构210的阵列中心、阵列边缘或其他任意 点。在该直角坐标系中每个阵列单元212所在位置可以用坐标(x,y)进行表示。 多层所述阵列结构210中位于同一相对位置的多个所述阵列单元212的坐标均 相同。也即，坐标相同则为同一相对位置。
在本申请中，针对每层所述阵列结构210中的多个阵列单元212按照相同 的规则设置阵列序号，其多个阵列单元212按照阵列序号进行排序。也即，多 层所述阵列结构210中位于同一相对位置的多个所述阵列单元212的阵列序号 相同。
其中，同一所述阵列结构210中，多个镂空槽211中的阵列单元212在至 少一个阵列方向上具有相对于阵列方向渐变的相对旋转角度。相对旋转角度可 以理解为阵列单元212相对于行方向(X轴)或列方向(Y轴)所发生的旋转 角度。在本申请实施例中，以相对旋转角度为阵列单元212相对于列方向(Y 轴)所发生的旋转角度为例进行说明。
上述阵列透镜中，同一所述阵列结构210中，多个镂空槽211中的阵列单 元212在至少一个阵列方向上具有相对于阵列方向渐变的相对旋转角度，当电 磁波沿第一方向入射至阵列透镜时，阵列透镜可对不同频段的相位分布进行补 偿，能对电磁波进行汇聚，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度。
上述透镜天线可实现对5G毫米波的收发，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。
在其中一个实施例中，如图3-5所示，每一层所述阵列结构210中的多个所 述镂空槽211呈二维阵列，例如，可呈N*M(5*11)的二维阵列。其中，在每 个镂空槽211中均设有一个阵列单元212。也即，每一层所述阵列结构210中的 多个阵列单元212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，同一所述阵列结构210中，多个镂空槽211中的阵列单元212在所述行 方向上具有渐变的相对旋转角度。
如图3所示，每一层所述阵列结构210中的镂空槽211均为圆形镂空槽， 其位于镂空槽211中的阵列单元212为矩形导电片，矩形导电片与该圆形镂空 槽211同轴设置，且矩形导电片可以该圆形镂空槽211的中心为轴进行旋转。
如图4所示，每一层所述阵列结构210中的镂空槽211均为正方形镂空槽 211，其位于镂空槽211中的阵列单元212为椭圆形导电片，椭圆形导电片与该 正方形镂空槽211同轴设置，且椭圆形导电片可以该正方形镂空槽211的中心 为轴进行旋转。
可选的，镂空槽211可以为矩形、正方形、椭圆形或圆形，阵列单元212 可为矩形或椭圆形。在本实施例中，以圆形镂空槽，矩形导电片为例进行说明。 在其他实施例中，阵列结构210的镂空槽211与阵列单元212的形状可为任一 组合形式。
在其中一个实施例中，同一所述阵列结构210中，多个镂空槽211中的阵 列单元212在所述行方向的相对旋转角度由所述二维阵列的第一中心线向阵列 边缘对称增加，且多个镂空槽211中的阵列单元212在所述列方向的相对旋转 角度相同。
具体地，二维阵列中的阵列中心线包括第一中心线s1和第二中心线s2，其 中第一中心线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中的所述阵列单元212可关于第一中心线s1对称设置， 且可关于第二中心线s2对称设置。
当阵列单元212为矩形导电片时，其位于第一中线上s1的矩形导电片的长 度方向与列方向相同，其宽度方向与行方向相同，且矩形导电片的长度尺寸为l， 矩形导电片的长度尺寸为w。当阵列单元212为椭圆形导电片时，其位于第一 中线上的椭圆形导电片的长轴方向与列方向相同，其短轴方向与行方向相同， 且椭圆形导电片的长轴尺寸为l，椭圆形导电片的短轴尺寸为w。
每一层阵列结构210中所述多个镂空槽211中阵列单元212在行方向上具 有相对于列方向(Y轴)渐变的相对旋转角度，也即，同一行的每个阵列单元 212均可相对于Y轴发生旋转，其相对旋转的角度为相对旋转角度。在行方向 上，所述相对旋转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。 可以理解为，每一列的所有阵列单元212的相对旋转角度均相同，且每一行的 第一列至第十一列的阵列单元212分别相对于Y轴发生旋转。例如，第三行的 第六列至第十一列的阵列单元212的相对旋转角度可分别用θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、 θ6表示，其中，0≤θ1<θ2<θ3<θ4<θ5<θ6。在本申请实施例中，以θ1＝0为例进 行说明，在其他实施例中，对θ1的取值不做进一步的限定。
在其中一个实施例中，阵列结构210中的镂空槽211均彼此独立设置，且 在所述阵列方向上，相邻两个所述镂空槽211的中心距离相等。具体的，在行 方向，相邻两个所述镂空槽211的第一中心距离p1相等；在列方向，相邻两个 所述镂空槽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 p2P、阵列单元212的长度尺寸和宽度尺寸，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，阵列透镜中阵列结构210 和介质层220共同构成了相位延迟单元，当所述多个镂空槽211中的阵列单元 212在行方向上具有相对于所述阵列方向渐变的相对旋转角度时，其会产生一定 的相移，其相移大小与相对旋转角度正相关。其中，每一纵列的阵列单元212 可实现的相移量满足Φ(x)＝πx2/λf。其中，x为阵列单元212中心与第一中心线 s1的距离，λ为设计频点(即馈源阵列30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(阵列透镜的焦距)。
本申请实施例中的这种相移分布可以实现平移对称的透镜，即可对不同频 段的相位分布进行补偿，使得偏离焦点较远的馈源阵列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，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。
在其中一个实施例中，如图5所示，阵列单元212包括两个平行设置的矩 形导电片，其中，两个矩形导电片在平行方向上的长度尺寸l不同。例如，位于 该第一中心线的阵列单元212中，两个矩形导电片的平行方向与列方向相同。
其中一个实施例中，如图6所示，阵列单元212包括三个平行设置的矩形 导电片，其中，三个矩形导电片在平行方向上的长度尺寸l均不同。例如，位于 该第一中心线的阵列单元212中，两个矩形导电片的平行方向与列方向相同。
其中一个实施例中，阵列单元212可包括多个(大于或等于2个)平行设 置的椭圆形导电片，其中，所述椭圆形导电片的长轴平行设置，且所述椭圆形 导电片的长轴尺寸不同。
当阵列单元212采用不同尺寸的多个矩形导电片或椭圆形导电片时，可以 对不同频段的相位分布进行补偿，可使得该阵列透镜在更宽的频率范围内焦平 面保持不变，使得偏离焦点较远的馈源阵列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，提高透镜天线的带宽，大幅提高透镜天线的扫 描角度。
在其中一个实施例中，如图7所示，每一层所述阵列结构210中的多个所 述镂空槽211呈二维阵列，例如，可呈N*M(5*11)的二维阵列，即包括N行 M列(5行11列)的镂空槽211。其中，在每个镂空槽211中均设有一个阵列 单元212。同一所述阵列结构210中，多个镂空槽211中的阵列单元212在所述 行方向上具有渐变的相对旋转角度，且多个镂空槽211中的阵列单元212在所 述列方向具有渐变的相对旋转角度。
本实施例中以镂空槽211为圆形镂空槽211，阵列单元212为一个矩形导电 片进行举例说明。在其他实施例中，镂空槽211与阵列单元212的形状与数量 可以任意组合，在本申请中不做进一步的限定。
具体地，二维阵列中的阵列中心线包括第一中心线s1和第二中心线s2，其 中第一中心线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中的所述阵列单元212可关于第一中心线s1对称设置， 且可关于第二中心线s2对称设置。
每一层阵列结构210，多个镂空槽211中的阵列单元212在行方向和列方向 上均具有相对于列方向(Y轴)渐变的相对旋转角度，也即，同一行的每个阵 列单元212均可相对于Y轴发生旋转，同一列的每个阵列单元212均可相对于 Y轴发生旋转，其相对旋转的角度为相对旋转角度。
在行方向上，所述相对旋转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。可以理解为，每一行的第一列至第十一列的阵列单元212分别相 对于Y轴发生旋转。例如，第三行的第六列至第十一列的阵列单元212的相对 旋转角度可分别用θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6表示，其中，0≤θ1<θ2<θ3<θ4<θ5<θ6。 在列方向上，所述相对旋转角度由所述二维阵列的第二中心线s2向阵列边缘对 称增加。可以理解为，每一列的第一行至第五行的阵列单元212分别相对于Y 轴发生旋转。例如，第六列的第一行至第五行的阵列单元212的相对旋转角度 可分别用β1、β2、β3表示，其中，θ1＝β1，且0≤β1<β2<β3。在本申请实施例 中，以θ1＝β1＝0为例进行说明，在其他实施例中，对θ1或β1的取值不做进一 步的限定。
需要说明的是，阵列单元212相对于X轴或Y轴发生旋转时，其旋转方向 可为顺时针旋转，也可以逆时针旋转。同时，同一阵列结构210中，所有阵列 单元212的旋转方向相同。本申请实施例中，以顺时针旋转为例进行说明。两 个相邻的相对旋转角度之间的差值可以相等(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。
在其中一个实施例中，阵列结构210中的镂空槽211均彼此独立设置，且 在所述阵列方向上，相邻两个所述镂空槽211的中心距离相等。具体的，在行 方向，相邻两个所述镂空槽211的第一中心距离p1相等；在列方向，相邻两个 所述镂空槽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。
当该阵列透镜应用到包括馈源阵列的透镜天线时，阵列透镜中阵列结构210 和介质层220共同构成了相位延迟单元，当同一所述阵列结构210中，至少两 个所述阵列单元212分别相对于位于阵列中心线的所述阵列单元212在阵列方 向上具有渐变的相对旋转角度时，其会产生一定的相移，其相移大小与相对旋 转角度正相关。其中，每一纵列(每列)的阵列单元212可实现的相移量满足 Φ(x)＝πx2/λf。每一横列(每行)的阵列单元212可实现的相移量满足Φ(x)＝πy2/λf。 其中，y为阵列单元212中心与第二中心线s2的距离，λ为设计频点，f为阵列 透镜与馈源阵列的距离。
本申请实施例中的这种相移分布可以实现平移对称的透镜，即可对不同频 段的相位分布进行补偿，使得偏离焦点较远的馈源阵列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)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。
在其中一个实施例中，如图8所示，每一层所述阵列结构210中的多个所 述镂空槽211呈二维阵列，例如，可呈N*M(5*11)的二维阵列，即包括N行 M列(5行11列)的镂空槽211。其中，在每个镂空槽211中均设有一个阵列 单元212。同一所述阵列结构中，所述多个镂空槽中的所述阵列单元在至少一个 阵列方向上具有相对于所述阵列方向渐变的相对旋转角度，且在至少一个阵列 方向上具有渐变的阵列单元尺寸。
阵列单元尺寸可以理解为位于第一中心线s1上的阵列单元212在行方向上 的尺寸也即宽度尺寸，还可以理解为阵列单元212在列方向上的尺寸也即长度 尺寸。在本申请实施例中，以阵列单元212为矩形导电片，阵列单元尺寸为宽 度尺寸为例进行说明。
同一所述阵列结构210中，多个镂空槽211中的矩形导电片的宽度尺寸由 所述二维阵列的第一中心线s1向阵列边缘对称减小。例如，第三行中每个矩形 导电片的宽度尺寸为w，第二行和第四行中每个矩形导电片的宽度尺寸为w1； 第一行N1和第五行N5中每个矩形导电片的宽度尺寸为w2，其中，w>w1>w2。
在本实施例中，阵列透镜中的至少两个所述阵列单元212在所述列方向的 相对旋转角度相同且具有渐变的阵列单元尺寸，即可对不同频段的相位分布进 行补偿，同时，也能实现在X轴方向和在Y轴对电磁波波束的汇聚作用，提高 透镜天线的带宽，大幅提高透镜天线的扫描角度。
在其中一个实施例中，同一所述阵列结构210中，多个镂空槽211中的矩 形导电片的宽度尺寸由所述二维阵列的第二中心线s2向阵列边缘对称减小。
在其中一个实施例中，同一所述阵列结构210中，多个镂空槽211中的矩 形导电片的宽度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 多个镂空槽211中的矩形导电片的宽度尺寸由所述二维阵列的第二中心线s2向 阵列边缘对称减小。
需要说明的是，在本申请实施例中，可以将多个镂空槽211中的所述阵列 单元212在至少一个阵列方向上具有渐变的阵列单元尺寸的实施例与多个镂空 槽211中的所述阵列单元212在至少一个阵列方向上具有相对于所述阵列方向 渐变的相对旋转角度的实施例进行任意组合，其组合后的实施例在本申请中不 在一一赘述。
在其中一个实施例中，如图9所示，同一所述阵列结构210中，多个镂空 槽211中的所述阵列单元212在至少一个阵列方向上具有相对于所述阵列方向 渐变的相对旋转角度。同时，多层所述阵列结构210中同轴设置的至少两个所 述阵列单元212在第一方向上具有渐变的阵列单元尺寸。
在其中一个实施例中，同轴设置的至少两个所述阵列单元212在第一方向 上具有渐变的阵列单元尺寸。例如，每一层所述阵列结构210中的镂空槽211 均为圆形，其位于镂空槽211中的阵列单元212为矩形导电片。其中，阵列单 元尺寸可以理解为该矩形阵列单元212的宽度尺寸，或该矩形阵列单元212的 长度尺寸。若，位于镂空槽211中的阵列单元212为椭圆形导电片，阵列单元 尺寸可以理解为该椭圆形阵列单元212的短轴尺寸，或该椭圆形阵列单元212 的长轴尺寸。
本实施例中，以阵列单元尺寸为矩形阵列单元212的宽度尺寸为例进行说 说明。
参考图9，在其中一个实施例中，同一层阵列结构210中的矩形导电片的宽 度尺寸相同，且同轴设置的多个阵列单元212的阵列单元尺寸由该阵列透镜的 底层向顶层递减。例如，阵列透镜210包括3层阵列结构P1-P3和2层介质层220。阵列结构P1中的阵列单元212的宽度尺寸w1最大，阵列结构P2中的阵 列单元212的宽度尺寸w2、阵列结构P3中的阵列单元212的宽度尺寸w3依次 递减，且w1>w2>w3。
在其中一个实施例中，同一层阵列结构210中的矩形导电片的宽度尺寸相 同，且同轴设置的多个阵列单元212的阵列单元尺寸由该阵列透镜的中间层向 阵列透镜的顶层和底层对称递减。例如，阵列透镜210包括3层阵列结构P1-P3 和2层介质层220。阵列结构P2中的阵列单元212的宽度尺寸w2最大，阵列 结构P1、P3中的阵列单元212的宽度尺寸w1、w3相对于阵列结构P2中的阵 列单元212的宽度尺寸w2减小，且w2>w3＝w1。
在其中一个实施例中，同一层阵列结构210中的矩形导电片的宽度尺寸相 同，且同轴设置的多个阵列单元212的阵列单元尺寸由该阵列透镜的顶层向底 层递减。例如，阵列透镜210包括3层阵列结构P1-P3和2层介质层220。阵列 结构P3中的阵列单元212的宽度尺寸w3最大，阵列结构P2中的阵列单元212 的宽度尺寸w2、阵列结构P1中的阵列单元212的宽度尺寸w1依次递减，且 w3>w2>w1。
需要说明的是，阵列透镜中，多层所述阵列结构210中同轴设置的至少两 个所述阵列单元212在第一方向上具有渐变的阵列单元尺寸，同时还可以与多 个镂空槽211中的所述阵列单元212在至少一个阵列方向上具有渐变的阵列单 元尺寸的实施例、多个镂空槽211中的所述阵列单元212在至少一个阵列方向 上具有相对于所述阵列方向渐变的相对旋转角度的实施例进行任意组合，其组 合后的实施例在本申请中不在一一赘述。
阵列透镜中多层所述阵列结构210中同轴设置的至少两个所述阵列单元212 在第一方向上具有渐变的阵列单元尺寸，即可对不同频段的相位分布进行补偿， 同时，也能实现在对电磁波波束的汇聚作用，提高透镜天线的带宽，大幅提高 透镜天线的扫描角度。
在其中一个实施例中，同一所述阵列结构中，多个所述镂空槽211在至少 一个阵列方向上具有渐变的镂空槽尺寸。其中，镂空槽尺寸可以根据镂空槽211 的形状来定义，例如，镂空槽211的为圆形镂空槽时，其对应的镂空槽尺寸为 该圆形镂空槽的直径或半径；镂空槽211的为方形镂空槽时，其对应的镂空槽 尺寸为该方形镂空槽的边长。
具体的，同一所述阵列结构中，多个所述镂空槽211的镂空槽尺寸在行方 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/和同一所述阵列 结构中，多个所述镂空槽211的镂空槽尺寸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即可对不同频段的相位分布进行补偿，同时，也能 实现在对电磁波波束的汇聚作用，提高透镜天线的带宽，大幅提高透镜天线的 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包括多个馈源单元310，当对馈源阵列30 中不同馈源单元310进行馈电时，电磁波可沿所述第一方向入射至透镜阵列透 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。
进一步的，所述馈源阵列30所在平面与所述第一隔离板410所在平面垂直， 且所述馈源阵列30的阵列方向与所述阵列单元211的一个阵列方向平行设置。 例如，馈源阵列30中的多个馈源单元310沿着第二方向线性排布，参考图10a 所述，第二方向可以理解为与X轴平行的方向，也即，馈源阵列30的阵列方向 与所述阵列单元211的行方向平行设置。
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。
在其中一实施例中，所述透镜天线还包括保护层(图中未示)，所述保护层 分别贴合于最远离所述馈源阵列30的透镜一侧和贴合于最靠近所述馈源阵列30 的透镜一侧。
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 包括输入端和多个输出端，其中，输入端与控制模块1130连接，多个输出端分 别与多个馈源单元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。
如图13所示，在其中一实施例中，电子设备10包括多个透镜天线20，多 个透镜天线20分布于电子设备中框的不同侧边。比如，电子设备包括多个透镜 天线，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。
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，多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。
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(DDR SDRAM)、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 (19)

1.一种阵列透镜，其特征在于，包括：
至少一介质层；
至少两层阵列结构，所述介质层与所述阵列结构沿第一方向交替层叠设置；每一层所述阵列结构包括金属本体，所述金属本体上开设有多个分离且呈阵列设置的镂空槽，每个所述镂空槽中内置有与所述金属本体隔离的阵列单元，所述至少两层阵列结构位于同一相对位置的多个所述阵列单元在所述第一方向上同轴设置；
其中，同一所述阵列结构中，所述多个镂空槽中的阵列单元在至少一个阵列方向上具有相对于所述阵列方向渐变的相对旋转角度，当电磁波沿所述第一方向入射至所述阵列透镜时，所述阵列透镜能够对所述电磁波进行汇聚。
2.根据权利要求1所述的阵列透镜，其特征在于，每一层所述阵列结构中的多个所述镂空槽呈二维阵列，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，所述多个镂空槽中的所述阵列单元在所述行方向上具有渐变的相对旋转角度。
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，所述多个镂空槽中的阵列单元在所述行方向的相对旋转角度由所述二维阵列的第一中心线向阵列边缘对称增加，且在所述列方向的相对旋转角度相同。
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，所述多个镂空槽中的阵列单元在所述列方向上具有渐变的相对旋转角度。
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，所述多个镂空槽中的阵列单元在所述行方向的所述相对旋转角度由所述二维阵列的第一中心线向阵列边缘对称增加，在所述列方向的所述相对旋转角度由所述二维阵列的第二中心线向阵列边缘对称增加。
6.根据权利要求2-5任一项所述的阵列透镜，其特征在于，同一所述阵列结构中，所述多个镂空槽中的所述阵列单元在至少一个阵列方向上具有渐变的阵列单元尺寸。
7.根据权利要求6所述的阵列透镜，其特征在于，同一所述阵列结构中，所述多个镂空槽中的所述阵列单元的所述阵列单元尺寸在所述行方向上由所述二维阵列的第一中心线向阵列边缘对称减小，或/和同一所述阵列结构中，所述多个镂空槽中的阵列单元的所述阵列单元尺寸在所述列方向上由所述二维阵列的第二中心线向阵列边缘对称减小。
8.根据权利要求1所述的阵列透镜，其特征在于，多层所述阵列结构中同轴设置的所述多个镂空槽中的所述阵列单元在第一方向上具有渐变的阵列单元尺寸。
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，多个所述镂空槽在至少一个阵列方向上具有渐变的镂空槽尺寸。
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，相邻两个所述镂空槽的中心距离相等。
11.根据权利要求1所述的阵列透镜，其特征在于，所述阵列单元包括至少一矩形导电片或至少一椭圆形导电片。
12.根据权利要求11所述的阵列透镜，其特征在于，多个所述矩形导电片平行设置，且所述矩形导电片在平行方向上的长度尺寸不同；或，多个所述椭圆形导电片的长轴平行设置，且所述椭圆形导电片的长轴尺寸不同。
13.根据权利要求1所述的阵列透镜，其特征在于，所述镂空槽为圆形镂空槽或矩形镂空槽。
14.一种透镜天线，其特征在于，包括：
馈源阵列，所述馈源阵列包括多个馈源单元；
与所述馈源阵列平行设置的如权利要求1-13任一所述的阵列透镜。
15.根据权利要求14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。
16.根据权利要求15所述的透镜天线，其特征在于，所述馈源阵列所在平面与所述第一隔离板所在平面垂直，且所述馈源阵列的阵列方向与所述阵列单元的一个阵列方向平行设置。
17.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求14~16任一项所述的透镜天线。
18.根据权利要求17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。
19.根据权利要求17所述的电子设备，其特征在于，所述透镜天线的数量为多个，所述电子设备还包括中框，所述中框包括相背设置的第一侧边、第三侧边，以及相背设置的第二侧边和第四侧边，所述第二侧边连接所述第一侧边、所述第三侧边的一端，所述第四侧边连接所述第一侧边、所述第三侧边的另一端；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所述透镜天线。
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