CN115764269A - 全息天线、通信设备及全息天线的制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种全息天线、通信设备及全息天线的制备方法。所述方法包括：所述全息天线包括依次叠层设置的控制层、散射单元、基板和馈电网络；所述控制层，用于控制所述散射单元的辐射；所述散射单元设置于所述控制层和所述馈电网络之间，用于辐射能量；所述馈电网络包括带状线波导，用于产生以及传输横向电磁波；所述基板设置于所述馈电网络和所述散射单元之间，用于降低所述横向电磁波的传输速度，并将减速后的横向电磁波输出至所述散射单元，以激励所述散射单元辐射能量。采用该全息天线可以降低全息天线的实现难度。

Description

全息天线、通信设备及全息天线的制备方法

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种全息天线、通信设备及全息天线的制备方法。

背景技术

5G毫米波波束赋形技术主要包括有源相控阵天线波束赋形及全息天线波束赋形这两种。由于有源相控阵天线波束赋形技术的实现成本较高，因此目前大多数技术研究都是聚焦在全息天线波束赋形技术上。

相关技术中，在对全息天线进行研究时，通常还只是基于知识层面的研究，只提出了概念性的方案，即提出了利用波束成形技术对全息天线结构的表面阻抗等参数进行修改，以实现全息天线的波束扫描。

然而，上述技术存在实现难度较高的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低实现难度的全息天线、通信设备及全息天线的制备方法。

第一方面，本申请提供了一种全息天线，上述全息天线包括依次叠层设置的控制层、散射单元、基板和馈电网络；

上述控制层，用于控制散射单元的辐射；

上述散射单元设置于控制层和馈电网络之间，用于辐射能量；

上述馈电网络包括带状线波导，用于产生以及传输横向电磁波；

上述基板设置于馈电网络和散射单元之间，用于降低横向电磁波的传输速度，并将减速后的横向电磁波输出至散射单元，以激励散射单元辐射能量。

在其中一个实施例中，上述控制层包括第一介质基板以及布置于第一介质基板上的多个控制单元，上述多个控制单元呈两排布设，且一一对应；

每个控制单元包括一个PIN二极管，上述PIN二极管的开关状态与散射单元是否辐射能量相对应。

在其中一个实施例中，上述散射单元包括第二介质基板以及布置于第二介质基板上的多个缝隙天线，上述多个缝隙天线呈两排布设，且一一对应；

上述散射单元上各排的缝隙天线与控制层上各排的控制单元一一对应电连接。

在其中一个实施例中，各缝隙天线在散射单元的延伸方向上的间距为1.13mm。

在其中一个实施例中，上述控制单元和对应的缝隙天线通过第一金属化过孔电连接。

在其中一个实施例中，上述全息天线还包括扼流枝节层；

所述扼流枝节层与所述馈电网络依次叠层设置，并与所述控制层电连接，用于阻断通过所述控制层的交流信号，通过直流信号。

在其中一个实施例中，上述扼流枝节层包括第三介质基板以及布置于第三介质基板的多个扼流枝节，上述多个扼流枝节呈两排布设，且一一对应；

上述扼流枝节层上各排的扼流枝节与控制层上各排的控制单元一一对应电连接。

在其中一个实施例中，上述扼流枝节为扇形枝节，上述扇形枝节的底部设置有至少一个信号输入输出端口，上述扇形枝节的顶部设置有至少一个L型枝节，上述L型枝节用于增加扇形枝节的电流路径。

在其中一个实施例中，上述扼流枝节的尺寸为2.15mm*1.1mm。

在其中一个实施例中，各控制单元和对应的各扼流枝节通过第二金属化过孔电连接；

上述控制层的控制线通过第二金属化过孔连接至扼流枝节层。

在其中一个实施例中，每个PIN二极管的一侧为第一金属化过孔，另一侧为第二金属化过孔。

在其中一个实施例中，上述馈电网络包括依次叠层设置的第一接地板层、导带层和第二接地板层；

上述第一接地板层、导带层以及第二接地板层构成带状线波导；

上述第一接地板层相对第二接地板层靠近散射单元，上述导带层设置于第一接地板层和第二接地板层之间，第二接地板层相对第一接地板层远离散射单元。

在其中一个实施例中，上述第一接地板层上设置有多个矩形缝隙，上述多个矩形缝隙呈两排布设，且一一对应；

上述第一接地板层上各排的矩形缝隙与散射单元上各排的缝隙天线一一对应，用于将减速后的横向电磁波泄露至缝隙天线。

在其中一个实施例中，上述馈电网络还包括至少一个无线路层；上述至少一个无线路层设置于第一接地板层和导带层之间。

在其中一个实施例中，上述散射单元和馈电网络通过第三金属化过孔电连接。

在其中一个实施例中，上述第一介质基板的材质为RO4450F，介电常数为3.52，介质损耗为0.004，基板厚度为4mil；上述第二介质基板的材质为RO4360G2，介电常数为6.4，介质损耗为0.0038，基板厚度为60mil；上述第三介质基板的材质为RO4450F，介电常数为3.52，介质损耗为0.004，基板厚度为4mil。

第二方面，本申请还提供了一种通信设备，包括上述第一方面的全息天线。

第三方面，本申请还提供了一种全息天线的制备方法，应用于上述第一方面的全息天线，该方法包括：

压合散射单元和馈电网络以及位于其中的基板，获得成型的中间层，并制作通过中间层的第三金属化过孔；

压合控制层、扼流枝节层以及中间层，获得初始全息天线；

制作通过初始全息天线的控制层和散射单元的第一金属化过孔，以及制作通过初始全息天线的第二金属化过孔，获得成型的全息天线。

上述全息天线、通信设备及全息天线的制备方法，该全息天线包括依次叠层设置的控制层、散射单元、基板和馈电网络，其中控制层用于控制散射单元的辐射，散射单元设置于控制层和馈电网络之间，用于辐射能量，馈电网络包括带状线波导，用于产生以及传输横向电磁波，基板设置于馈电网络和散射单元之间，用于降低横向电磁波的传输速度，并将减速后的横向电磁波输出值散射单元，以激励散射单元辐射能量。采用该全息天线，可以通过依次叠层设置的控制层、散射单元、基板和馈电网络实现横向电磁波在全息天线中的传输，即实现全息天线的辐射和扫描功能，且构成较为简单，可以较为容易地实现，即可以降低全息天线的实现难度。

附图说明

图1为一个实施例中全息天线的结构示例图；

图2为另一个实施例中控制层的结构示例图；

图3为另一个实施例中散射单元的结构示例图；

图4为另一个实施例中常规技术中的扼流枝节的结构示例图；

图5为另一个实施例中常规技术中扼流枝节的S参数的效果图；

图6为另一个实施例中改进的扼流枝节的结构示例图；

图7为另一个实施例中改进的扼流枝节的S参数的效果图；

图8为另一个实施例中扼流枝节层的结构示例图；

图9为另一个实施例中第一接地板层的结构示例图；

图10为另一个实施例中第二接地板层的结构示例图；

图11为另一个实施例中导带层的结构示例图；

图12为另一个实施例中全息天线的具体结构示例图；

图13为另一个实施例中全息天线各层中涉及的参数的尺寸大小表；

图14为另一个实施例中全息天线工作在25.5GHz时的2D辐射图；

图15为另一个实施例中全息天线工作在26GHz时的2D辐射图；

图16为另一个实施例中全息天线工作在26.5GHz时的2D辐射图；

图17为另一个实施例中全息天线工作在26GHz时的3D辐射图；

图18为另一个实施例中全息天线的制备方法的流程示意图；

附图标记说明：

控制层：11；PIN二极管：111；控制线：1111；

散射单元：12；缝隙天线：121；

馈电网络：13；第一接地板层：131；导带层：132；第二接地板层：133；矩形缝隙：1311；金属导带：1321；

基板：14；第一介质基板：141；第二介质基板：142；第三介质基板：143；

扼流枝节层：15；扼流枝节：151；

第一金属化过孔：16；

第二金属化过孔：17；第一圆形槽：171；第二圆形槽：172；

第三金属化过孔：18。

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。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

国际电信联盟(ITU)的世界无线电通信大会(WRC-19)确定的用于国际移动通信(IMT)的毫米波频段分别是：24.25～27.5GHz,37-43.5GHz和66-71GHz。目前，5G毫米波波束赋形技术主要包括有源相控阵天线波束赋形及全息天线波束赋形。其中，有源相控阵天线波束赋形状的优点是采用小间距(小间距一般指天线间间距约为二分之一高频段对应的波长)方式，形成具有更高空间分辨率的高增益窄细波束，其缺点是相控阵天线的馈电网络设计相对复杂，且整个设备成本较高。全息天线波束赋形指的是基于光学原理，通过改变全息结构的表面阻抗，实现波束方向的控制，全息天线由馈源和全息结构组成，在加工工艺方面与微带天线相似，具有易加工，易集成，轻质量的优势，因此对其进行的研究和应用更多。目前，很多企事业等都开始对全息天线波束赋形天线技术进行研究，但是目前还只是基于知识层面的研究，只提出了概念性的方案，即提出了利用波束成形技术对全息天线结构的表面阻抗等参数进行修改，以实现全息天线的波束扫描，然而其存在实现难度较高的问题。基于此，本申请实施例提供一种全息天线、通信设备及全息天线的制备方法，可以解决上述技术问题。

需要说明的是，本申请以下实施例主要以25.5～26.5GHz毫米波全息天线覆盖频段为例进行说明，可以理解的是，本申请实施例的技术方案也可以应用在其他毫米波频段。

图1为一个实施例中提供的全息天线的结构示意图。参见图1所示，该全息天线包括依次叠层设置的控制层11、散射单元12、基板14和馈电网络13；上述控制层11，用于控制散射单元12的辐射；上述散射单元12设置于控制层11和馈电网络13之间，用于辐射能量；上述馈电网络13包括带状线波导，用于产生以及传输横向电磁波；上述基板14设置于馈电网络13和散射单元12之间，用于降低横向电磁波的传输速度，并将减速后的横向电磁波输出至散射单元12，以激励散射单元12辐射能量。

其中，控制层11可以是包括控制电路的控制层11，可以与散射单元12可以电连接，用于控制散射单元12的辐射，具体可以是控制散射单元12是否参与辐射，另外，控制层11还可以将散射单元12是否参与辐射的情况离散化处理，即散射单元12分为参与辐射和不参与辐射，这样可以简化控制层11对散射单元12的辐射控制过程。

这里控制层11可以设置在顶层，散射单元12可以依次叠层设置在控制层11下方，馈电网络13的上方，散射单元12的数量可以是一个或多个，一般为多个。散射单元12主要用于向外部辐射能量，以实现信号的发送和接收。

馈电网络13可以依次叠层设置在散射单元12下方，其中可以包括带状线波导，该带状线波导可以用来产生横向电磁波，该横向电磁波可以是TEM波，TEM波，英文全称为：Transverse Electromagnetic Wave，TEM波为电场分量和磁场分量相互垂直，且都垂直于传播方向的电磁波。该带状线波导可以是一个或多个带状线组成的波导，具体材质可以是金属，例如铜。同时该带状线波导还可以向馈电网络13内部以及散射单元12等传输产生的TEM波。

基板14可以是高介电常数的介质基板，作为可选的实施例，该基板14采用的是介电常数为6.4，介质损耗为0.0038，厚度为1.524mm的RO4360G2^TM，其中，RO4360G2^TM层压板是具有低损耗、玻璃纤维增强的一种碳氢树脂陶瓷填充热固性材料，其可以更好的平衡全息天线的性能与基板的可加工性。该基板可以包括一个或多个介质基板，可以依次叠层设置在散射单元12下方，馈电网络13上方，即散射单元12和馈电网络13之间。该基板在馈电网络13产生并传输TEM波时，可以增加馈电网络13中的带状线波导的反射率，同时可以接收到传输的TEM波，并减小该TEM波的传输速度，减弱全息结构的频扫特性，实现宽带扫描特性。另外，基板14还可以通过反射特性将减速后的TEM波输出至散射单元12，这样可以激励散射单元12参与辐射并辐射能量，以实现全息天线的信号发送和接收。

另外，上述全息天线的控制层11、散射单元12、馈电网络13以及基板14之间还可以包括一些其它层和基板，对于具体包括的数量以及种类这里不作具体限定。

进一步地，上述全息天线中的控制层11、散射单元12、馈电网络13以及基板14的实际尺寸可以相同，这样可以便于加工和装配全息天线，进一步降低全息天线的实现难度。

为了更清楚的说明控制层11的控制原理，以下以散射单元12为多个示例，可以先对包括散射单元12的全息天线的幅度加权理论进行说明：

以一维均匀直线阵列为例，散射单元12位于y轴方向(y轴表示散射单元12的延伸方向，基板的侧面方向为x轴，垂直于基板的侧面的方向为z轴)，基于全息天线理论的幅度加权的基本思想，可以用一个幅度函数表示全息天线的幅度加权原理，如下公式(1)：

其中，m(y_n,θ₀)表示期望波束指向θ₀时，天线在y_n处的激励幅度值；θ₀表示波束指向角；y_n表示在全息天线结构上第n个散射单元12的位置信息；k_r表示参考波的传播常数；k₀表示物波的传播常数。

具体的，当y_n处的相移值与目标值相等时，m(y_n,θ₀)取值为1，代表该处天线辐射的能量最多；当y_n处的相移值与目标相位反相时，m(y_n,θ₀)取值为0，代表该处天线辐射的能量最少；当y_n处的相移值与目标值相差一定数值时，m(y_n,θ₀)取值介于0到1之间。

基于上述的幅度加权原理，假设本实施例的全息天线中的散射单元12为64个，为1*64全息天线，当波束指向为θ₀，且是0°，全息天线的工作频点为26GHz时，那么该64个散射单元12被馈电网络13激励后的激励幅值可以参见以下表1所示：

表1

序号	1	2	3	4	5	6	7	8
									幅值	0.6802	0.1299	0.0530	0.5478	0.9815	0.7993	0.2343	0.0091
序号	9	10	11	12	13	14	15	16
									幅值	0.4119	0.9273	0.8962	0.3583	0.0017	0.2825	0.8415	0.9637
序号	17	18	19	20	21	22	23	24
									幅值	0.4928	0.0311	0.1691	0.7304	0.9970	0.6278	0.0952	0.0803
序号	25	26	27	28	29	30	31	32
									幅值	0.6023	0.9934	0.7534	0.1893	0.0226	0.4665	0.9533	0.8602
序号	33	34	35	36	37	38	39	40
									幅值	0.3064	0.0002	0.3333	0.8796	0.9404	0.4379	0.0148	0.2124
序号	41	42	43	44	45	46	47	48
									幅值	0.7778	0.9879	0.5739	0.0654	0.1128	0.6555	0.9993	0.7045
序号	49	50	51	52	53	54	55	56
									幅值	0.1481	0.0418	0.5216	0.9737	0.8199	0.2569	0.0048	0.3861
序号	57	58	59	60	61	62	63	64
									幅值	0.9131	0.9117	0.3837	0.0045	0.2591	0.8218	0.9729	0.5191

为了便于控制层11更好地对各散射单元12进行辐射控制，可以通过控制层11对上述表1中的各散射单元12的幅值进行离散化处理，假设设置离散化阈值M为0.7，上述幅值大于等于0.7的，可以认为是有散射单元12参与辐射，则幅值可以离散化为1，幅值小于0.7的，可以认为是没有散射单元12参与辐射，则幅值可以离散化为0，这样可以将上述表1中的幅值离散化为下述表2中对应的幅值，具体参见下述表2所示：

表2

序号	1	2	3	4	5	6	7	8
									幅值	0	0	0	0	1	1	0	0
序号	9	10	11	12	13	14	15	16
									幅值	0	1	1	0	0	0	1	1
序号	17	18	19	20	21	22	23	24
									幅值	0	0	0	1	1	0	0	0
序号	25	26	27	28	29	30	31	32
									幅值	0	1	1	0	0	0	1	1
序号	33	34	35	36	37	38	39	40
									幅值	0	0	0	1	1	0	0	0
序号	41	42	43	44	45	46	47	48
									幅值	1	1	0	0	0	0	1	1
序号	49	50	51	52	53	54	55	56
									幅值	0	0	0	1	1	0	0	0
序号	57	58	59	60	61	62	63	64
									幅值	1	1	0	0	0	1	1	0

通过上述控制层11将散射单元12的辐射幅值离散化处理，从而可以更为容易地实现控制层11控制散射单元12是否参与辐射，降低辐射控制难度。另外，通过依次叠层设置的馈电网络13中的带状线波导可以产生并传输TEM波，同时通过基板可以降低传输的TEM波的速度，并将其传输至散射单元12以激励散射单元12参与辐射，实现全息天线的扫描特性。

本实施例中，全息天线包括依次叠层设置的控制层11、散射单元12、基板14和馈电网络13，其中控制层11用于控制散射单元12的辐射，散射单元12设置于控制层11和馈电网络13之间，用于辐射能量，馈电网络13包括带状线波导，用于产生以及传输横向电磁波，基板14设置于馈电网络13和散射单元12之间，用于降低横向电磁波的传输速度，并将减速后的横向电磁波输出至散射单元12，以激励散射单元12辐射能量。采用该全息天线，可以通过依次叠层设置的控制层11、散射单元12、基板14和馈电网络13实现横向电磁波在全息天线中的传输，即实现全息天线的辐射和扫描功能，且构成较为简单，可以较为容易地实现，即可以降低全息天线的实现难度。

上述实施例中大致说明了全息天线的组成结构，以下就对全息天线各个组成结构的细节组成进一步进行说明。图2为另一个实施例提供的控制层11的具体结构示意图。参见图2所示，上述控制层11包括第一介质基板141以及布置于第一介质基板141上的多个控制单元，上述多个控制单元呈两排布设，且一一对应；每个控制单元包括一个PIN二极管111，上述PIN二极管111的开关状态与散射单元12是否辐射能量相对应。

其中，对于第一介质基板141上布置的控制单元的数量，可以根据实际情况设定，作为可选的实施例，本申请实施例中针对的是1*64的全息天线，那么对于第一介质基板141上布置的两排控制单元，每排可以是布置64个控制单元，即控制层11包括2*64个控制单元。作为可选的实施例，上述第一介质基板的材质为RO4450F，介电常数为3.52，介质损耗为0.004，基板厚度为4mil。

对于每个控制单元，其可以包括一个PIN二极管111，每个控制单元的PIN二极管111可以采用0201封装尺寸进行封装，实现控制单元的小型化封装。这里每个PIN二极管111包括导通和断开两个状态，实现类似于开关的闭合和关断两个状态，其中PIN二极管111的断开表示散射单元12参与辐射，PIN二极管111的导通表示散射单元12不参与辐射，即实现PIN二极管111的开关状态与散射单元12是否辐射能量相对应。

另外，每个控制单元中还可以包括一个第一金属化过孔16，其中第一金属化过孔16用于和控制层11下方的散射单元12电连接，以通过第一金属化过孔16实现对散射单元12是否参与辐射的控制。对于第一金属化过孔16的形状，一般为圆形；对于第一金属化过孔16的大小可以根据实际情况设定，这里以圆形的第一金属化过孔16为例，其半径大小可以根据实际情况设定，例如可以是0.1-0.2mm之间，假设可以是0.1mm。对于第一金属化过孔16的边界，可以是由一个方形作为其边界，该方形的边长可以记为PL1，其中每个控制单元中PIN二极管111所占据的空间的长宽也可以是PL1(其大小可以根据实际情况设定)，当然也可以是将PIN二极管111的管脚焊接在第一金属化过孔16上，实现第一金属化过孔16和PIN二极管111的电连接。

进一步地，对于第一介质基板141的宽度W1，作为可选的实施例，可以是W1＝8.0mm；对于第一介质基板141的长度L1，作为可选的实施例，可以是L1＝80.0mm；对于上述第一介质基板141上布置的两排控制单元，可以是平行布置的，该两排控制单元之间的距离为D1，作为可选的实施例，可以是D1＝4.0mm；在布置每排控制单元时，可以是等间距进行布置，且两排控制单元中任意相邻两个控制单元之间的间距也相等，例如每排的任意相邻两个控制单元在y轴方向上的间距记为D2，作为可选的实施例，可以是D2＝1.13mm；对于两排控制单元中位于首端和末端的控制单元，其距离第一介质基板141的边缘的距离可以相等，可以记为D3，作为可选的实施例，可以是D3＝3.76mm。对于图2中在两排控制单元中间的数字0和1，其与上述表2中的幅值相对应，为每个控制单元对应的幅值。

作为可选的实施例，图3为另一个实施例提供的散射单元12的具体结构示意图。参见图3所示，上述散射单元12包括第二介质基板142以及布置于第二介质基板142上的多个缝隙天线121，上述多个缝隙天线121呈两排布设，且一一对应；上述散射单元12上各排的缝隙天线121与控制层11上各排的控制单元一一对应电连接。

对于散射单元12，与上述控制层11相同，这里也是针对1*64的全息天线，那么对于第二介质基板142上布置的两排缝隙天线121，每排可以是布置64个缝隙天线121，即第二介质基板142上包括2*64个缝隙天线121。

对于缝隙天线121，可以是在第二介质基板142上的金属层(例如可以是铜皮)上蚀刻出缝隙，并将缝隙作为缝隙天线121。另外，作为可选的实施例，各缝隙天线在散射单元的延伸方向y轴上的间距为1.13mm。也就是说，对于第二介质基板142上的两排缝隙天线121，这些缝隙天线121在y轴方向的间距记为D2，D2＝1.13mm，其与上述提到的每相邻两个控制单元在y轴方向上的间距相同/一致，这样可以便于每个控制单元实现对相应的缝隙天线121的精准控制。每个缝隙天线121和第一介质板上141对应位置处的控制单元中的PIN二极管111相对应且一一电连接，并由对应的PIN二极管111对缝隙天线121进行控制，实现缝隙天线121是否参与辐射的目的。其中，PIN二极管111工作时/导通时，其对应控制的缝隙天线121不参与辐射，PIN二极管111关闭时，其对应控制的缝隙天线121参与辐射。

另外，第二介质基板142的宽度和长度均与第一介质基板141的宽度和长度相同，例如也可以是W1＝8.0mm，L1＝80.0mm。对于每个缝隙天线121的尺寸，可以是全部缝隙天线121的尺寸均相同。对于缝隙天线121的形状，可以是矩形，缝隙天线121的长记为SL1，SL1＝3.05mm，缝隙天线121的宽记为SW1＝0.28mm。对于两排缝隙天线121总共在第二介质基板142上所占的长度可以记为D4，D4＝6.65mm。作为可选的实施例，上述第二介质基板的材质为RO4360G2，介电常数为6.4，介质损耗为0.0038，基板厚度为60mil。

作为可选的实施例，继续参见图2和图3所示，上述控制单元和对应的缝隙天线121通过第一金属化过孔16电连接。也就是说，为了便于更好地使用每个控制单元(具体是PIN二极管111)控制对应的缝隙天线121，对于每个缝隙天线121和对应的控制单元(具体是PIN二极管111)，均可以采用一个第一金属化过孔16进行电连接。

进一步地，后续若需要调整波束的工作频段，可以通过调整缝隙天线121的尺寸或者调整PIN二极管111对缝隙天线121是否参与辐射的数量进行控制，这样可以较为简单地实现对其他毫米波频段的波束成型，进一步降低全息天线的实现难度。

本实施例中，第一介质基板141上的各PIN二极管111呈两排布设，且与第二介质基板142上同样呈两排布设的各缝隙天线121一一对应电连接，这样可以便于实现对缝隙天线121的控制，降低全息天线的实现难度。同时，PIN二极管111和缝隙天线121之间通过第一金属化过孔16电连接，这样就不需要额外的布线进行连接，从而可以节省成本以及缩小全息天线的尺寸，便于实现小型化的全息天线。

为了在毫米波频段实现有效的PIN二极管111的开关特性，PIN二极管111需要增加一个扼流枝节151用于控制电路设计，在另一个实施例中，上述全息天线还包括扼流枝节层15；上述扼流枝节层15与馈电网络13依次叠层设置，并与控制层11电连接，用于阻断通过控制层11的交流信号，通过直流信号。这里通过扼流枝节层15中的扼流枝节151阻断交流信号，那么在扼流枝节层15和控制层11连接时，扼流枝节层15的扼流枝节151可以提供给控制层11的PIN二极管111更好的直流信号，而PIN二极管111的直流信号越好，那么控制性能就会越好，从而可以准确实现通过PIN二极管111对缝隙天线121的控制。

常用的扼流枝节151主要有扇形枝节，参见图4所示，为目前常规的扼流枝节151的结构示意图。参见图4所示，扇形枝节的尺寸是CKL1*CKW1，2.15mm*1.43mm，基板的尺寸为8mm*4mm，介质基板是Ro4450F，介电常数是3.52，介质损耗是0.004，厚度是4mil(长度单位(密耳)，1mil＝1/1000inch＝0.0254mm)。基于该常规技术的扼流枝节151，其对应的S参数参见图5所示，其中该扼流枝节151的S₂₁参数在25.5～26.5GHz范围内≤-30dB，图中S₁₁参数的曲线和S₂₂参数的曲线重合，且与S参数为0时的横轴重合，S₁₂参数和S₂₁参数的曲线重合。

为了达到与常规技术中的扼流枝节151的S参数的效果相同，且还要缩小扼流枝节151的尺寸，以实现小型化全息天线，以下对扼流枝节151的结构进行了改进，参见图6所示，为改进后的扼流枝节151的结构示例图。其中，扼流枝节151为扇形枝节，该扇形枝节的底部设置有至少一个信号输入输出端口，扇形枝节的顶部设置有至少一个L型枝节，L型枝节用于增加扇形枝节的电流路径。

参见图4和图6所示，其中的P1和P2为扼流枝节151的两个端口，扼流枝节151中的信号可以由该端口进行信号的输入以及输出。对于改进后的扼流枝节151，基板的尺寸仍为8mm*4mm，相对常规的扼流枝节151，其顶部的两侧分别设置有一个L型枝节，且两个L型枝节对称设置，通过设置L型枝节，在不改变扼流枝节151的长度的情况下，即扼流枝节151的长度仍然为CKL1＝2.15mm，可以通过L型枝节增加扇形枝节的电流路径，明显缩短扼流枝节151的宽度，扼流枝节151的宽度缩短为CKW2＝1.1mm，宽度相对常规的扼流枝节151减小了0.33mm，即上述扼流枝节的尺寸为2.15mm*1.1mm，实现小型化的扼流枝节151，以便后续降低在介质基板上布设扼流枝节151的难度。

在基于上述改进的扼流枝节151基础上，同样可以获得其对应的S参数，参见图7所示，其中该改进的扼流枝节151的S₂₁参数在25.5～26.5GHz范围内≤-30dB，图中S₁₁参数的曲线和S₂₂参数的曲线重合，且与S参数为0时的横轴重合，S₁₂参数和S₂₁参数的曲线重合。与图5中常规扼流枝节151的S参数相比，效果基本相同，因此本实施例中改进的扼流枝节151不会改变扼流枝节151的S参数所能达到的效果，即不会影响扼流枝节151的性能。

作为可选的实施例，参见图8所示，为另一个实施例提供的扼流枝节层15的具体结构示意图。上述扼流枝节层15包括第三介质基板143以及布置于第三介质基板143的多个扼流枝节151，多个扼流枝节151呈两排布设，且一一对应；扼流枝节层15上各排的扼流枝节151与控制层11上各排的控制单元一一对应电连接。

对于第三介质基板143上布设的扼流枝节151，与上述控制层11和散射单元12相同，这里也是针对1*64的全息天线，那么对于第三介质基板143上布置的两排扼流枝节151，每排可以是布置64个扼流枝节151，即第三介质基板143上包括2*64个扼流枝节151。

对于第三介质基板143上的两排扼流枝节151，这些扼流枝节151在y轴方向的间距记为D2，D2＝1.13mm，其与上述提到的每相邻两个控制单元在y轴方向上的间距相同/一致，这样可以便于每个扼流枝节151先对相应的控制单元进行控制，进而再通过每个控制单元实现对相应的缝隙天线121的精准控制。两排扼流枝节151之间的间距为D5，D5＝3.5mm。另外，第三介质基板143的宽度和长度均与第一介质基板141的宽度和长度相同，例如也可以是W1＝8.0mm，L1＝80.0mm。作为可选的实施例，上述第三介质基板可以和第一介质基板相同，例如其材质为RO4450F，介电常数为3.52，介质损耗为0.004，基板厚度为4mil。

进一步地，为了便于通过每个扼流枝节151控制对应的控制单元中的PIN二极管111，作为可选的实施例，上述各控制单元和对应的各扼流枝节151通过第二金属化过孔17电连接；这里对于每个扼流枝节151和对应的控制单元(具体是PIN二极管111)，均可以采用一个第二金属化过孔17进行电连接。也就是说，每个PIN二极管111的一侧为第一金属化16过孔，另一侧为第二金属化17过孔。该第二金属化过孔17可以设置在每个扼流枝节151的输入输出端口中的一个端口内，以便节省布线设计成本和减小扼流枝节151的装配尺寸。

另外，上述控制层11的控制线1111可以通过第二金属化过孔17连接至扼流枝节层15，即通过每个扼流枝节151的输入输出端口中的一个端口与扼流枝节151电连接，也可以是通过每个扼流枝节151的输入输出端口中的另一个端口与扼流枝节151电连接。该第二金属化过孔17的大小可以根据实际情况设定，例如可以是0.01-0.5mm之间，假设可以0.15mm。

本实施例中，全息天线中还包括扼流枝节层15，这样可以通过扼流枝节层15更好地实现对控制层11中的PIN二极管111的直流控制。另外，扼流枝节层15中包括和控制单元一一对应的多个扼流枝节151，且可以通过金属化过孔电连接，这样可以一一对应设置并控制，可以简化扼流枝节151对控制单元的控制，同时实现精准的控制。进一步地，扼流枝节151包括增加扇形枝节电流路径的L型枝节，这样可以便于缩小扼流枝节151的尺寸，更便于实现小型化的全息天线。

以下实施例主要对馈电网络13的具体结构进行说明。在另一个实施例中，上述馈电网络13包括依次叠层设置的第一接地板层131、导带层132和第二接地板层133；上述第一接地板层131、导带层132以及第二接地板层133构成带状线波导；上述第一接地板层131相对第二接地板层133靠近散射单元12，上述导带层132设置于第一接地板层131和第二接地板层133之间，第二接地板层133相对第一接地板层131远离散射单元12。

这里的第一接地板层131、导带层132和第二接地板层133均可以设置在一个对应的介质基板上，其中这三个对应的介质基板的长度和宽度均与上述第一介质基板141的长度和宽度相同，例如也可以是W1＝8.0mm，L1＝80.0mm。

其中，对于第一接地板层131，参见图9所示，为另一个实施例提供的第一接地板层131的具体结构示意图。其可以是馈电网络13中的上接地板层，作为可选的实施例，上述第一接地板层131上设置有多个矩形缝隙1311，上述多个矩形缝隙1311呈两排布设，且一一对应；上述第一接地板层131上各排的矩形缝隙1311与散射单元12上各排的缝隙天线121一一对应，用于将减速后的横向电磁波泄露至缝隙天线121。

与上述控制层11相同，这里也是针对1*64的全息天线，那么对于这里第一接地板层131所在的介质基板上布置的两排矩形缝隙1311，每排可以是布置64个矩形缝隙1311，即该介质基板上包括2*64个矩形缝隙1311。这里的矩形缝隙1311与上述缝隙天线121的实质相同，均是在介质基板的铜皮上蚀刻出缝隙，但是这里的矩形缝隙1311和上述缝隙天线121的尺寸不同，这里的两排矩形缝隙1311所占的宽度与上述两排缝隙天线121所占的的宽度不同，相比两排缝隙天线121所占的宽度小一些，例如这里的两排矩形缝隙1311所占的宽度可以记为D6，该D6示例性的可以是D6＝2.3mm。其中，矩形缝隙1311与缝隙天线121的数量相等，且一一对应，这样可以便于通过每个矩形缝隙1311将TEM波泄露至对应的缝隙天线121，以激励对应的缝隙天线121。需要说明的是，这里矩形缝隙1311的尺寸和位置会影响全息天线的匹配和波束成形效果，因此可以通过在通过模拟全息天线的匹配和波束成形效果，在最优时获得矩形缝隙1311的尺寸。

对于第二接地板层133，参见图10所示，为另一个实施例提供的第二接地板层133的具体结构示意图。其可以是馈电网络13中的下接地板层，该第二接地板层133中所在的介质基板上不设置矩形缝隙1311，因此其具有相对完整的地。

对于导带层132，参见图11所示，为另一个实施例提供的导带层132的具体结构示意图。其可以是在介质基板上设置一个长条带状的金属导带1321(例如可以是铜)，该金属导带1321的长度与介质基板的长度相同，为80.0mm，宽度可以记为W2，为0.85mm。

作为可选的实施例，上述馈电网络13还包括至少一个无线路层；上述至少一个无线路层设置于第一接地板层131和导带层132之间。

也就是说，在馈电网络13中，还可以设置一个或多个介质基板，该介质基板上不设置金属层，属于无线路层，即没有线路，不参与信号的处理过程。

另外，为了便于散射单元12和馈电网络13进行数据通信，作为可选的实施例，上述散射单元12和馈电网络13通过第三金属化过孔18电连接。其中，馈电网络13中的每个介质基板上均可以设置与散射单元12中的缝隙天线121数量相等，且一一对应的第三金属化过孔18，间距也相等，以便更好地通过每个第三金属化过孔18与缝隙天线121实现带状线波导传播模式和接地效果。第三金属化过孔18的大小可以根据实际情况设定，例如可以是0.01-0.5mm之间，假设可以0.2mm。另外，为了便于装配，第二金属化过孔17的正面还可以设置有第一圆形槽171，以及背面可以设置有第二圆形槽172，该第一圆形槽171的大小和第二圆形槽172的大小均可以根据实际情况设定。

本实施例中，馈电网络13中包括叠层设置的第一接地板层131、导带层132和第二接地板层133，已构成带状线波导，这样可以较为容易地通过带状线波导激励缝隙天线121，实现波束成型和接地效果。另外，馈电网络13中包括的无线路层，这样可以为后续拓展全息天线的功能提供可选性，便于后续改进全息天线的结构。进一步地，馈电网络13额可以通过第三金属化过孔18与散射单元12电连接，这样可以节省布线涉及，进一步降低全息天线的尺寸，实现小型化全息天线。

基于上述全息天线各个组成结构的介绍说明，以下给出全息天线的具体组成结构，参见图12所示，1*64全息天线的介质基板从上到下依次是PP1是RO4450F，介电常数是3.52，介质损耗是0.004，基板厚度是4mil。CORE1是RO4360G2，介电常数是6.4，介质损耗是0.0038，基板厚度是60mil。PP2，PP3，PP4与PP1相同。CORE2是RO4835，介电常数是3.66，介质损耗是0.0037，基板厚度是10mil。CORE3是RO4835，介电常数是3.66，介质损耗是0.0037，基板厚度是60mil，整个基板的厚度是146mil，即3.7084mm。

其中，L1为控制层，L2为散射单元，L3为第一接地板层，L4和L5为无线路层，L6为导带层，L7为第二接地板层，L8为扼流枝节层。L1和L2及其中的介质基板通过第一金属化过孔连接，L1-L8及其中的介质基板通过第二金属化过孔连接，L2-L7及其中的介质基板通过第三金属化过孔连接。其中，第一金属化过孔的尺寸可以是R1＝0.1mm(一般指半径)，第二金属化过孔的尺寸可以是R2＝0.15mm(一般指半径)，第三金属化过孔的尺寸可以是R3＝0.2mm(一般指半径)。同时图13给出各个层以及介质基板中所涉及的参数的大小。

通过上述全息天线的具体结构可以看出，全息天线是由带状线波导激励缝隙天线，通过全息波束幅度控制理论和带有扼流枝节的PIN二极管控制缝隙天线的辐射，实现波束扫描。

另外，上述1*64全息阵列天线的阻抗带宽是(反射系数小于-10dB)是25.5～26.5GHz，相对带宽是3.8％，当采用带状线波导结构激励具有高介电常数(6.4)基板RO4360G2TM加载的缝隙天线时，高介电常数能够增加带状线波导的反射率，减小TEM波的传播速度，减弱全息结构的频扫特性，实现宽带扫描特性,且波束指向在25.5～26.5GHz能够保持较好的一致性。同时上述全息天线通过改变缝隙天线等的尺寸，使得全息天线可以应用于更高频或是更低频毫米波宽带扫描天线需求。

以下给出1*64全息天线波束指向0°时，对应的毫米波频点分别为25.5GHz、26GHz、26.5GHz的2D辐射方向图，分别参见图14、15、16所示，其中横轴为波束角度，纵轴为增益，实线和虚线分别为theta方向的增益和phi方向的增益。天线工作在25.5GHz时，增益是9.2dBi，3dB波束宽度是6°，旁瓣抑制比是-9.7dB，波束指向偏差是-2°。天线工作在26GHz时，增益是11.9dBi，3dB波束宽度是6°，旁瓣抑制比是-10.4dB，波束指向偏差是0°。天线工作在26.5GHz时，增益是11.4dBi，3dB波束宽度是7°，旁瓣抑制比是-11.6dB，波束指向偏差是4°。由图14-16可知，在宽频1GHz范围内，采用本申请实施例的全息天线，波束指向效果较好，波束指向精度为±4°，即全息天线的辐射性能较好。

以下给出全息天线毫米波频点为26GHz时的3D辐射图，参见图17所示，可以看出，本实施例中的全息天线具有高增益，窄波束的特性。

基于上述的全息天线结构，以下实施例对全息天线的制备方法进行说明。

在另一个实施例中，如图18所示，提供了一种全息天线的制备方法，该方法可以包括以下步骤：

S102，压合散射单元和馈电网络以及位于其中的基板，获得成型的中间层，并制作通过中间层的第三金属化过孔。

S104，压合控制层、扼流枝节层以及中间层，获得初始全息天线。

S106，制作通过初始全息天线的控制层和散射单元的第一金属化过孔，以及制作通过初始全息天线的第二金属化过孔，获得成型的全息天线。

具体在制备全息天线时，第一步可以是先压合L2～L7层(即散射单元到第二接地板层)，并用机械钻工艺制作直径0.4mm的L2～L7层通孔，即制作第三金属化过孔。第二步可以是对L1层(即控制层)和L8层(即扼流枝节层)与成型的L2～L7层压合，形成L1～L8板基板。第三步可以是制作直径0.2mm的L1～L2的镭射(激光)盲孔，即制作第一金属化过孔，同时制作直径0.3mm的L1～L8层机械钻通孔，即制作第二金属化过孔，最终获得全息天线。

上述获得的1*64全息天线的尺寸是80mm*8mm*3.71mm，由此可见，该全息天线的工艺相对简单，尺寸较小，后续较为容易与其它电路集成开发，即可以降低包括全息天线的整个集成电路的开发难度。

上述全息天线的制备方法中，通过压合工艺以及钻孔工艺制备全息天线，工艺相对简单，尺寸较小，从而可以降低全息天线的制备难度，提升全息天线的制备效率。

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，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (18)

1.一种全息天线，其特征在于，所述全息天线包括依次叠层设置的控制层、散射单元、基板和馈电网络；

所述控制层，用于控制所述散射单元的辐射；

所述散射单元设置于所述控制层和所述馈电网络之间，用于辐射能量；

所述馈电网络包括带状线波导，用于产生以及传输横向电磁波；

所述基板设置于所述馈电网络和所述散射单元之间，用于降低所述横向电磁波的传输速度，并将减速后的横向电磁波输出至所述散射单元，以激励所述散射单元辐射能量。

2.根据权利要求1所述的全息天线，其特征在于，所述控制层包括第一介质基板以及布置于所述第一介质基板上的多个控制单元，所述多个控制单元呈两排布设，且一一对应；

每个所述控制单元包括一个PIN二极管，所述PIN二极管的开关状态与所述散射单元是否辐射能量相对应。

3.根据权利要求2所述的全息天线，其特征在于，所述散射单元包括第二介质基板以及布置于所述第二介质基板上的多个缝隙天线，所述多个缝隙天线呈两排布设，且一一对应；

所述散射单元上各排的所述缝隙天线与所述控制层上各排的所述控制单元一一对应电连接。

4.根据权利要求3所述的全息天线，其特征在于，各所述缝隙天线在所述散射单元的延伸方向上的间距为1.13mm。

5.根据权利要求3所述的全息天线，其特征在于，所述控制单元和对应的所述缝隙天线通过第一金属化过孔电连接。

6.根据权利要求3-5任一项所述的全息天线，其特征在于，所述全息天线还包括扼流枝节层；

所述扼流枝节层与所述馈电网络依次叠层设置，并与所述控制层电连接，用于阻断通过所述控制层的交流信号，通过直流信号。

7.根据权利要求6所述的全息天线，其特征在于，所述扼流枝节层包括第三介质基板以及布置于所述第三介质基板的多个扼流枝节，所述多个扼流枝节呈两排布设，且一一对应；

所述扼流枝节层上各排的所述扼流枝节与所述控制层上各排的所述控制单元一一对应电连接。

8.根据权利要求7所述的全息天线，其特征在于，所述扼流枝节为扇形枝节，所述扇形枝节的底部设置有至少一个信号输入输出端口，所述扇形枝节的顶部设置有至少一个L型枝节，所述L型枝节用于增加所述扇形枝节的电流路径。

9.根据权利要求7所述的全息天线，其特征在于，所述扼流枝节的尺寸为2.15mm*1.1mm。

10.根据权利要求7所述的全息天线，其特征在于，各所述控制单元和对应的各所述扼流枝节通过第二金属化过孔电连接；

所述控制层的控制线通过所述第二金属化过孔连接至所述扼流枝节层。

11.根据权利要求10所述的全息天线，其特征在于，每个所述PIN二极管的一侧为所述第一金属化过孔，另一侧为所述第二金属化过孔。

12.根据权利要求3-5任一项所述的全息天线，其特征在于，所述馈电网络包括依次叠层设置的第一接地板层、导带层和第二接地板层；

所述第一接地板层、所述导带层以及所述第二接地板层构成所述带状线波导；

所述第一接地板层相对所述第二接地板层靠近所述散射单元，所述导带层设置于所述第一接地板层和所述第二接地板层之间，所述第二接地板层相对所述第一接地板层远离所述散射单元。

13.根据权利要求12所述的全息天线，其特征在于，所述第一接地板层上设置有多个矩形缝隙，所述多个矩形缝隙呈两排布设，且一一对应；

所述第一接地板层上各排的所述矩形缝隙与所述散射单元上各排的所述缝隙天线一一对应，用于将所述减速后的横向电磁波泄露至所述缝隙天线。

14.根据权利要求12所述的全息天线，其特征在于，所述馈电网络还包括至少一个无线路层；所述至少一个无线路层设置于所述第一接地板层和所述导带层之间。

15.根据权利要求1-3任一项所述的全息天线，其特征在于，所述散射单元和所述馈电网络通过第三金属化过孔电连接。

16.根据权利要求7所述的全息天线，其特征在于，所述第一介质基板的材质为RO4450F，介电常数为3.52，介质损耗为0.004，基板厚度为4mil；所述第二介质基板的材质为RO4360G2，介电常数为6.4，介质损耗为0.0038，基板厚度为60mil；所述第三介质基板的材质为RO4450F，介电常数为3.52，介质损耗为0.004，基板厚度为4mil。

17.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求1-16任一项所述的全息天线。

18.一种全息天线的制备方法，其特征在于，应用于权利要求1-16任一项所述的全息天线，所述方法包括：

压合所述散射单元和所述馈电网络以及位于其中的基板，获得成型的中间层，并制作通过所述中间层的第三金属化过孔；

压合所述控制层、扼流枝节层以及所述中间层，获得初始全息天线；

制作通过所述初始全息天线的控制层和散射单元的第一金属化过孔，以及制作通过所述初始全息天线的第二金属化过孔，获得成型的全息天线。

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