CN110943302B - 阵列透镜、透镜天线和电子设备 - Google Patents

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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；每一层阵列结构开设有至少两个呈阵列设置的缝隙单元，缝隙单元包括闭口环缝隙和开口环缝隙，闭口环缝隙环绕开口环缝隙设置，在至少两层阵列结构位于同一相对位置的至少两个开口环缝隙在第一方向上同轴设置；其中，同一阵列结构中，至少两个开口环缝隙在阵列方向上具有渐变的开口尺寸，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开设有至少两个呈阵列设置的缝隙单元，所述缝隙单元包括闭口环缝隙和开口环缝隙，所述闭口环缝隙环绕所述开口环缝隙设置，在至少两层阵列结构位于同一相对位置的至少两个所述开口环缝隙在所述第一方向上同轴设置；
其中，同一所述阵列结构中，至少两个所述开口环缝隙在阵列方向上具有渐变的开口尺寸。
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开设有至少两个呈阵列设置的缝隙单元，所述缝隙单元包括闭口环缝隙和开口环缝隙，所述开口环缝隙设置闭口环缝隙内，在至少两层阵列结构位于同一相对位置的至少两个所述开口环缝隙在所述第一方向上同轴设置；其中，同一所述阵列结构中，至少两个所述开口环缝隙在阵列方向上具有渐变的开口尺寸，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为一实施例中透镜天线的结构示意图；
图10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(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。中板120固定在壳体组件内部，中板120可以为PCB(Printed CircuitBoard，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且能够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。
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，该开口环片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。
阵列结构210所在平面为X轴、Y轴所构成的平面，其中，X轴方向为第二方向，Y轴为第三方向。每一层所述阵列结构210开设有至少两个呈阵列设置的缝隙单元211，每个缝隙单元211包括闭口环缝隙211a和开口环缝隙211b，所述开口环缝隙211b设置闭口环缝隙211a内。
在一个实施例中，闭口环缝隙211a与开口环缝隙211b同轴设置，也即，该闭口环缝隙211a的中心与该开口环缝隙211b的中心同轴设置。其中，闭口环缝隙211a的中心可以理解为该闭口环缝隙211a的形心，开口环缝隙211b的中心可以理解为该开口环缝隙211b的形心。
在一个实施例中，阵列结构210中开设的闭口环缝隙211a与开口环缝隙211b贯穿该阵列结构210，也即该闭口环缝隙211a与开口环缝隙211b可理解设置在该阵列结构210中的通孔。
在一个实施例中，闭口环缝隙211a可以为圆形闭口环缝隙211a，也可以为正方形闭口环缝隙211a，在本申请实施例中，对闭口环缝隙211a的具体形状不做进一步的限定。
在一个实施例中，开口环缝隙211b122可为圆形开口环缝隙211b。
在一个实施例中，每一层所述阵列结构210包括的至少两个缝隙单元211可呈二维阵列，即每一层所述阵列结构210中的至少两个开口环缝隙211b也呈二维阵列。
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中开口环缝隙211b的形状、数量、开口尺寸渐变方式、阵列方式、等。
至少两层阵列结构210位于同一相对位置的至少两个所述开口环缝隙211b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至少两个所述开口环缝隙211b均位于同一轴线上。轴线为穿过任意所述开口环缝隙211b且平行于所述第一方向(Z轴方向)的直线。进一步的，轴线的数量与同一层阵列结构210中开口环缝隙211b的数量相等，且每条轴线均穿过该开口环缝隙211b的形心。形心可以理解为该开口环缝隙211b几何形状的中心，若开口环缝隙211b的几何形状为矩形，则该形心为该矩形对角线的交点，若开口环缝隙211b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开口环缝隙211b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至少两个所述开口环缝隙211b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中的至少两个开口环缝隙211b按照相同的规则设置阵列序号，其至少两个开口环缝隙211b按照阵列序号进行排序。其中，设置阵列序号时以具有最多开口环缝隙211b的阵列结构210为依据，例如，第一层阵列结构210包括一个开口环缝隙211b，第二层阵列结构210包括三个开口环缝隙211b，在第一层阵列结构210的一个居中设置的情况下，其排序序号为2。也即，多层所述阵列结构210中位于同一相对位置的至少两个所述开口环缝隙211b的阵列序号相同。
其中，同一所述阵列结构210中，至少两个所述开口环缝隙211b在阵列方向上具有渐变的开口尺寸。在本申请实施例中，开口尺寸可包括开口角度和开口方向。例如，每个开口环缝隙211b的开口处包括两个端点，分别记为A、B，且每个开口环缝隙211b的中心记为O，其开口角度可以理解为∠AOB的角度，也即，开口所对应圆弧的圆心角，开口方向可理解为∠AOB的朝向。例如，可以在阵列结构210所在平面建立坐标系，通过坐标系来表示∠AOB的朝向等。至少两个开口环缝隙211b在阵列方向上具有渐变的开口角度，其开口角度在渐变的过程中，其开口环缝隙211b的开口处的两个端点A、B同时沿开口环缝隙211b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。
上述阵列透镜中，同一所述阵列结构210中，至少两个所述开口环缝隙211b在阵列方向上具有渐变的开口尺寸，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，并对电磁波进行汇聚，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Frequencyrange 2(FR2)，即毫米波频段。Frequencyrange 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。
在其中一个实施例中，如图3-4所示，每一层所述阵列结构210中的至少两个开口环缝隙211b呈二维阵列，例如，可呈N*M(5*7)的二维阵列，即包括N行M列(5行7列)的凹槽211。
如图3所示，每一层所述阵列结构210中的闭口环缝隙211a均为圆环形缝隙，开口环缝隙211b为圆形开口环缝隙211b，圆形开口环缝隙211b与该圆环形缝隙同心圆设置。
如图4所示，每一层所述阵列结构210中的闭口环缝隙211a均为正方环形缝隙，开口环缝隙211b为圆形开口环缝隙211b，圆形开口环缝隙211b与该正方环形缝隙同轴设置。
可选的，开口环缝隙211b还可以为多边形开口环缝隙211b，例如六边形、八边形、十二边形或其他多边形环片。在本申请实施例中，对开口环缝隙211b的形状与闭口环缝隙211a的形状进步做进一步的限定，可以任意组合。
在其中一个实施例中，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，至少两个所述开口环缝隙211b在阵列方向上具有渐变的开口尺寸。
具体的，同一所述阵列结构210中，至少两个所述开口环缝隙211b在所述行方向的开口尺寸由所述二维阵列的第一中心线向阵列边缘对称增加，且至少两个所述开口环缝隙211b在所述列方向的开口尺寸相同。可以理解为，在行方向上，每一层阵列结构210的中每行的至少两个开口环缝隙211b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，每列的至少两个开口环缝隙211b的开口角度相同。其中，二维阵列中包括第一中心线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中的开口环缝隙211b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。
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211b的开口角度均小于或等于180度，且每个开口环缝隙211b的开口方向均与位于第一中心线的至少两个开口环缝隙211b的开口方向相同。其中，位于二维阵列的第一中心线的至少两个开口环缝隙211b的开口角度最小且相等、开口方向相同。举例说明，阵列结构210中的开口环缝隙211b呈5*7(五行七列)的二维阵列，其中，第四列开口环缝隙211b位于第一中心线上，第三行开口环缝隙211b位于第二中心线上。第四列开口环缝隙211b的开口角度均为θ1，第三列和第五列开口环缝隙211b的开口角度均为θ2，第二列和第六列开口环缝隙211b的开口角度均为θ3，第一列和第七列开口环缝隙211b的开口角度均为θ4。其中，θ1<θ2<θ3<θ4≤180°。
相邻两个的开口角度(θ1、θ2、θ3、θ4)之间的差值(δ1、δ2、δ3)可以相等(例如，1°、2°、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。
需要说明的是，本申请实施例中，对位于第一中心线的至少两个开口环缝隙211b的开口角度、开口方向均不作进一步的限定。
在其中一个实施例中，如图5所示，同一所述阵列结构210中每个开口环缝隙211b的开口角度均小于或等于180度，且至少一个开口环缝隙211b的开口方向与位于第一中心线的开口环缝隙211b的开口方向不同。其中，位于二维阵列的第一中心线的开口环缝隙211b的开口角度最小且相等、开口方向相同。
举例说明，阵列结构210中的开口环缝隙211b呈5*11(五行十一列)的二维阵列，其中，第六列开口环缝隙211b位于第一中心线上，第三行开口环缝隙211b位于第二中心线上。第六列开口环缝隙211b的开口角度均为θ1，第七列至第十一列(或第五列至第一列)的开口环缝隙211b的开口角度可分别记为θ2、θ3、θ4、θ5、θ6。其中，在行方向上，每一行的各开口环缝隙211b的开口角度具有渐变规律，可具有由第一中心线向两侧递增的渐变规律，若任一开口环缝隙211b的开口角度大于180°时，则将该开口环缝隙211b替换为第一预设开口环缝隙211b。比如，当θ4≤180°时，若θ5按照渐变规律继续渐变可大于180°，则将第十列的开口环缝隙211b替换为第一预设开口环缝隙211b。其中，可将位于第一中心线上的开口环缝隙211b进行垂直翻转以形成该第一预设开口环缝隙211b。即，预设开口环缝隙211b与为位于阵列中心的开口环缝隙211b的开口角度相同且开口方向进行垂直翻转。其中，位于所述阵列方向上的剩余开口环缝隙211b(例如第十一列的开口环缝隙211b)的开口角度在第一预设开口环缝隙211b的基础上仍具有该渐变规律，其开口角度满足θ1＝θ5<θ2＝θ6<θ3<θ4。当剩余开口环缝隙211b的开口角度以此渐变规律进行变化时，其开口角度再次大于180°时，可将对应的开口环缝隙211b再次进行替换，以替换为第二预设开口环缝隙211b，其中，第二预设开口环缝隙211b为位于阵列中心的开口环缝隙211b。如此循环，开口角度在渐变的过程中可改变该开口方向，以获取更大的相移范围。
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，相邻两个所述开口环缝隙211b的中心距离相等。具体的，在行方向，相邻两个所述开口环缝隙211b的第一中心距离p1相等；在列方向，相邻两个所述开口环缝隙211b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211b的开口角度(例如，开口角度越小，其相移越大)和开口方向，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，至少两个所述开口环缝隙211b在阵列方向上具有渐变的开口尺寸时，其会产生一定的相移，其开口角度越小，其相移越大。其中，每一纵列的开口环缝隙211b可实现的相移量满足Φ(x)＝πx2/λf。其中，x为开口环缝隙211b中心与第一中心线s1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)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6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，阵列结构210中开设的开口环缝隙211b也呈N*M(5*7)的二维阵列，即包括N行M列(5行7列)。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，至少两个所述开口环缝隙211b在所述行方向上具有渐变的开口尺寸和渐变的缝宽尺寸，且至少两个所述开口环缝隙211b在所述列方向的开口尺寸和缝宽尺寸相同。
在其中一个实施例中，每一层所述阵列结构210中的闭口环缝隙211a均为圆环形缝隙，开口环缝隙211b为圆形开口环缝隙211b。缝宽尺寸可以理解为开口环缝隙211b的圆环宽度。具体的，同一所述阵列结构210中，至少两个所述开口环缝隙211b的缝宽尺寸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。例如，第四列中每个开口环缝隙211b的缝宽尺寸为w，第三列和第五列中每个开口环缝隙211b的缝宽尺寸为w1，第二列和第六列中每个开口环缝隙211b的缝宽尺寸为w2，第一列和第七列中每个开口环缝隙211b的缝宽尺寸为w3，其中，w>w1>w2>w3。其阵列透镜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。
可选的，同一所述阵列结构210中，至少两个所述开口环缝隙211b在所述行方向上具有渐变的开口尺寸，且至少两个所述开口环缝隙211b在所述列方向的开口尺寸相同，且具有渐变的缝宽尺寸。该阵列透镜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，如图7所示，每一层所述阵列结构210中的至少两个缝隙单元211呈二维阵列，例如，可呈N*M(5*7)的二维阵列，即包括N行M列(5行7列)的开口环缝隙211b。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，至少两个所述开口环缝隙211b在所述行方向上具有渐变的开口尺寸，且至少两个所述开口环缝隙211b在所述列方向具有渐变的开口尺寸。
本实施例中以缝隙单元211包括圆环形缝隙和圆形开口环缝隙211b为例进行说明。具体地，二维阵列中包括第一中心线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的中所述开口环缝隙211b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。
开口尺寸包括开口角度和开口方向。同一阵列结构中每个开口环缝隙211b的开口角度均小于或等于180度，且开口方向相同，具体地，在行方向上，所述开口尺寸由所述二维阵列的第一中心线s1向阵列边缘对称增加；在列方向上，所述开口尺寸由所述二维阵列的第二中心线s1向阵列边缘对称增加。也即，每一行开口环缝隙211b的开口角度可由第一中心线s1向阵列边缘对称增加，同时，每一列开口环缝隙211b的开口角度可由第二中心线s2向阵列边缘对称增加。
同一所述阵列结构210中每个开口环缝隙211b的开口角度均小于或等于180度，且至少一个开口环缝隙211b的开口方向与位于阵列中心的开口环缝隙211b的开口方向不同。举例说明，阵列结构210中的开口环缝隙211b呈5*7(五行七列)的二维阵列，其中，第三行第四列位于阵列中心。第三行中第一列至第七列的开口角度分别为θ31、θ32、θ33、θ34、θ35、θ36、θ37，其中，θ34<θ35＝θ33<θ36＝θ32<θ37＝θ31≤180°，且每个开口环缝隙211b的开口方向相同。第四行中第一列至第七列的开口角度分别为θ41、θ42、θ43、θ44、θ45、θ46、θ47，其中，在行方向上，同一行的各开口环缝隙211b的开口角度具有渐变规律，具体具有由第一中心线向两侧递增的渐变规律，第四行第一列(和第七列)开口环缝隙211b的开口角度(θ41、θ47)大于180°，则将第四行第一列(和第七列)开口环缝隙211b替换为第一预设开口环缝隙211b。其中，可将位于第一中心线上的开口环缝隙211b进行垂直翻转以形成该第一预设开口环缝隙211b，替换后，其开口角度满足θ41＝θ47＝θ34<θ45＝θ43<θ46＝θ42，且开口角度(θ41、θ77)的开口方向开口角度(θ34)的开口方向不同，且为垂直翻转关系。相应的，第五行中第一列至第七列的开口角度分别为θ51、θ52、θ53、θ54、θ55、θ56、θ57，其中，在行方向上，按照同一行的各开口环缝隙211b的开口角度由第一中心线向两侧递增的渐变规律，若第五行第二列(和第六列)开口环缝隙211b的开口角度(θ52、θ56)第一大于180°，则将第五行第二列(和第六列)开口环缝隙211b替换为第一预设开口环缝隙211b。替换后，其开口角度满足θ52＝θ56＝θ34<θ57＝θ51<θ53＝θ54，也即，位于所述阵列方向上剩余开口环缝隙211b的开口角度(θ51、θ57)可仍然在第一预设开口环缝隙211b的基础上按照渐变规律继续渐变，若在此渐进的过程中，若任一开口环缝隙211b的开口角度再次大于180°时，可将对应的开口环缝隙211b再次进行替换，以替换为第二预设开口环缝隙211b，其中第二预设开口环缝隙211b为位于阵列中心的开口环缝隙211b。如此循环，开口角度在渐变的过程中可改变该开口方向，以获取更大的相移范围。
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，相邻两个所述开口环缝隙211b的中心距离相等。具体的，在行方向，相邻两个所述开口环缝隙211b的第一中心距离p1相等；在列方向，相邻两个所述开口环缝隙211b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可相等，也可不相等。
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，至少两个所述开口环缝隙211b分别相对于位于阵列中心线的所述开口环缝隙211b在阵列方向上具有渐变的开口尺寸时，其会产生一定的相移，其相移大小与开口尺寸正相关。其中，每一纵列(每列)的开口环缝隙211b可实现的相移量满足Φ(x)＝πx2/λf。每一横列(每行)的开口环缝隙211b可实现的相移量满足Φ(x)＝πy2/λf。其中，x为开口环缝隙211b中心与第一中心线s2的距离；y为开口环缝隙211b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，同一所述阵列结构210中，至少两个所述开口环缝隙211b在阵列方向上具有渐变的开口尺寸。同时，多层所述阵列结构210中同轴设置的至少两个所述开口环缝隙211b在第一方向上具有渐变的缝宽尺寸。其中，缝宽尺寸可以理解为该圆形开口环缝隙211b的圆环宽度。
参考图8，在其中一个实施例中，同一层阵列结构210中的圆形开口环缝隙211b的圆环宽度相同，且同轴设置的至少两个开口环缝隙211b的缝宽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中的开口环缝隙211b的缝宽尺寸w1最大，阵列结构P2中的开口环缝隙211b的缝宽尺寸w2、阵列结构P3中的开口环缝隙211b的缝宽尺寸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中的圆形开口环缝隙211b的缝宽尺寸相同，且同轴设置的至少两个开口环缝隙211b的开口环缝隙211b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中的开口环缝隙211b的缝宽尺寸w2最大，阵列结构P1、P3中的开口环缝隙211b的缝宽尺寸w1、w3相对于阵列结构P2中的开口环缝隙211b的缝宽尺寸w2减小，且w2>w3＝w1。
在其中一个实施例中，同一层阵列结构210中的圆形开口环缝隙211b的缝宽尺寸相同，且同轴设置的至少两个开口环缝隙211b的开口环缝隙211b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中的开口环缝隙211b的缝宽尺寸w3最大，阵列结构P2中的开口环缝隙211b的缝宽尺寸w2、阵列结构P1中的开口环缝隙211b的缝宽尺寸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开口环缝隙211b在第一方向上具有渐变的缝宽尺寸，同时还可以与上述实施例中任意一个同一所述阵列结构210中，至少两个所述开口环缝隙211b在阵列方向上具有渐变的开口尺寸的实施例进行组合，在此，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开口环缝隙211b在第一方向上具有渐变的缝宽尺寸，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。
本申请实施例还提供一种透镜天线。如图9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10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，所述介质层220的第一端面贴合于所述第一隔离板410，所述介质层220的第二端面贴合于所述第二隔离板420。
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。
如图13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20，至少两个透镜天线20分布于电子设备中框的不同侧边。比如，电子设备包括至少两个透镜天线，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，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。
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 (14)

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开设有至少两个呈阵列设置的缝隙单元，所述缝隙单元包括闭口环缝隙和开口环缝隙，所述闭口环缝隙环绕所述开口环缝隙设置，在至少两层阵列结构位于同一相对位置的至少两个所述开口环缝隙在所述第一方向上同轴设置；其中，
每一层所述阵列结构中的至少两个所述开口环缝隙呈二维阵列，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，至少两个所述开口环缝隙的开口尺寸由所述二维阵列的第一中心线向阵列边缘对称增加。
2.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，至少两个所述开口环缝隙在所述行方向的开口尺寸在所述列方向的开口尺寸相同。
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，至少两个所述开口环缝隙在所述行方向上具有渐变的开口尺寸和渐变的缝宽尺寸，且至少两个所述开口环缝隙在所述列方向的开口尺寸和缝宽尺寸相同。
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，至少两个所述开口环缝隙在所述行方向上具有渐变的开口尺寸，且至少两个所述开口环缝隙在所述列方向的开口尺寸相同，且具有渐变的缝宽尺寸。
5.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，至少两个所述开口环缝隙在所述列方向具有渐变的开口尺寸。
6.根据权利要求5所述的阵列透镜，其特征在于，同一所述阵列结构中，至少两个所述开口环缝隙在所述行方向的开口尺寸由所述二维阵列的第一中心线向阵列边缘对称增加；至少两个所述开口环缝隙的所述开口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增加。
7.根据权利要求1或5所述的阵列透镜，其特征在于，所述开口尺寸包括开口角度，所述开口角度在阵列方向上具有渐变规律，若任一所述开口环缝隙的开口角度大于预设角度时，将所述开口环缝隙替换为第一预设开口环缝隙，位于所述阵列方向上的剩余开口环缝隙在所述第一预设开口环缝隙的基础上具有所述渐变规律，若剩余开口环缝隙的开口角度大于预设角度时，将对应的所述开口环缝隙替换为第二预设开口环缝隙；其中，将位于阵列中心的开口环缝隙进行垂直翻转以形成所述第一预设开口环缝隙，将位于阵列中心的开口环缝隙定义为第二预设开口环缝隙。
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至少两个所述开口环缝隙在第一方向上具有渐变的缝宽尺寸。
9.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，相邻两个所述开口环缝隙的中心距离相等。
10.一种透镜天线，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1-9任一所述的阵列透镜。
11.根据权利要求10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透镜设置在所述第一隔离板和第二隔离板之间。
12.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求10～11任一项所述的透镜天线。
13.根据权利要求12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。
14.根据权利要求12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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