CN116565561A - 一种天线模块以及天线 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种天线模块，包括共面波导、转接结构、传输线、耦合单元和波束调整结构，共面波导、转接结构和传输线位于第一介质板的上表面，耦合单元位于传输线的上方，波束调整结构位于耦合单元的上方；共面波导的一端与激励端口连接，共面波导的另一端通过转接结构与传输线连接；耦合单元包括阵列排布的多个方形耦合结构，耦合单元用于将传输线中的电磁波能量耦合至波束调整结构，方形耦合结构的阵列排布方式与传输线对应的电磁波分布方式相关；波束调整结构用于调整电磁波的相位。通过该天线模块，可以实现一种剖面高度较低同时能够提供波束扫描功能的天线结构。

Description

一种天线模块以及天线

技术领域

本申请涉及天线技术领域，具体涉及一种天线模块以及天线。

背景技术

在实际应用中，为了改善电磁波的覆盖范围，提升接收端的天线的信噪比，发送端天线通常需要支持波束扫描功能。

目前，一种常用的支持波束扫描功能的天线为采用反射型或者透射性超表面的天线。但该种类型的天线一般采用空馈(air-fed)的方式，导致天线的整体剖面高度较高。而为了降低天线的剖面高度采用集成有多个超表面单元的微带阵列天线，则会影响天线的波束扫描功能。

发明内容

本申请实施例提供一种天线模块，以提供一种剖面高度较低同时能够提供波束扫描功能的天线结构。本申请实施例还提供了相应的天线等。

本申请第一方面提供一种天线模块，包括共面波导、转接结构、传输线、耦合单元和波束调整结构，共面波导、转接结构和传输线位于第一介质板的上表面，耦合单元位于传输线的上方，波束调整结构位于耦合单元的上方；共面波导的一端与激励端口连接，共面波导的另一端通过转接结构与传输线连接；耦合单元包括阵列排布的多个方形耦合结构，耦合单元用于将传输线中的电磁波能量耦合至波束调整结构，方形耦合结构的阵列排布方式与传输线对应的电磁波分布方式相关；波束调整结构用于调整电磁波的相位。

在第一方面中，共面波导、转接结构和传输线位于第一介质板的上表面，此外，第一介质板的下表面设置有金属地结构，以与天线模块中一些需要接地的结构(如共面波导和传输线等)进行连接。传输线的类型可以有多种。例如，传输线为人工表面等离子体激元(spoof surface plasmon polaritons，SSPP)传输线、微带线或者其他波导结构。耦合单元中采用方形耦合结构来进行耦合，该方形耦合结构可以为方形的金属贴片。方形耦合结构的阵列排布方式与传输线对应的电磁波分布方式相关。其中，阵列排布指相应的多个结构以一定的排布规则进行排布。该多个方形耦合结构通过阵列排布，可以实现在某些方向上各个方形耦合结构所辐射的电磁波的叠加，而在另一些方向上各个方形耦合结构之间所辐射的电磁波的相互抵消。波束调整结构为透射式的波束调整结构。

由上述可知，该第一方面中，共面波导、转接结构和传输线位于第一介质板的上表面，并由传输线向耦合单元传递电磁波的能量，相比于现有的空馈等馈电方式，可以大大降低天线中的馈电结构和耦合结构的剖面高度，从而降低整个天线结构的剖面高度。此外，耦合单元中采用方形耦合结构来进行耦合，相比于传统的圆形耦合结构，方形耦合结构可以改善交叉极化的情况，从而提升了耦合效率。可见，在第一方面中，可以实现一种剖面高度较低同时能够提供波束扫描功能的天线结构。

在第一方面的一种可能的实现方式中，传输线为人工表面等离激元SSPP传输线，SSPP传输线的一端通过转接结构与共面波导连接，另一端与第一介质板的下表面的金属地结构连接。

该种可能的实现方式中，SSPP传输线的损耗较低，从而可以减少电磁波的传输损耗；并且，SSPP传输线可以与共面波导以及转接结构集成于平面结构中，因此易于集成，工艺简单。

在第一方面的一种可能的实现方式中，传输线对应的电磁波分布方式为：在沿传输线的传输方向上，位于传输线的两侧的电磁波的方向相反；多个方形耦合结构分布于传输线的两侧，并且，位于传输线的同侧的方形耦合结构以电磁波的N个导波波长为间隔，沿传输线周期性排布，在传输线的传输方向上，任意两个分别位于传输线的两侧的相邻的方形耦合结构之间间隔N/2个导波波长，N为正奇数，导波波长为在传输线内传输的电磁波的波长。

该种可能的实现方式中，传输线可以沿中轴线对称，该中轴线与传输线的传输方向对应。

其中，由于位于传输线的两侧的电磁波的方向相反，因此，在传输线的两侧中的每一侧，多个方形耦合结构沿该侧以N个波长的距离依次排列。这样，位于同一侧的方形耦合结构所耦合产生的电磁波的相位相同，因此，各个方形耦合结构所产生的电磁波可以在期望的方向上相互叠加，从而达到电磁波增强的效果。而针对任意两个分别位于传输线的两侧且距离最近的方形耦合结构，传输线的两侧的电磁波的相反相位与电磁波在传输线中的传输距离所产生的相反相位所造成的效果进行叠加，导致这两个方形耦合结构通过耦合产生的电磁波的相位相同，因此，这两个方形耦合结构产生的电磁波可以在期望的方向上相互叠加，从而达到电磁波增强的效果。

在第一方面的一种可能的实现方式中，传输线对应的电磁波分布方式为：在沿传输线的传输方向上，位于传输线的两侧的电磁波的方向相反；多个方形耦合结构分布于传输线的单侧，并且，位于传输线的单侧的方形耦合结构以电磁波的P个导波波长为间隔，沿传输线周期性排布，P为正整数，导波波长为在传输线内传输的电磁波的波长。

该种可能的实现方式中，分布于传输线的单侧的方形金属结构以P个电磁波的波长为间隔，沿传输线的传播方向周期性排布，可以使得各个方形金属结构产生的电磁波沿期望方向相互叠加，从而达到电磁波增强的效果，提升了耦合效率。

在第一方面的一种可能的实现方式中，波束调整结构包括阵列排布的多个波束调整单元，每一个波束调整单元包括第一极化层、第二极化层和枝节结构，第一极化层位于耦合单元的上方，枝节结构位于第一极化层的上方，第二极化层位于枝节结构的上方，第一极化层的极化方向与第二极化层的极化方向不同；枝节结构包括多个枝节，多个枝节的等效长度能够改变，以调整电磁波的相位。

该种可能的实现方式中，第一极化层可以设置于第三介质板的下表面，枝节结构可以设置于第三介质板的上表面，再在枝节结构的上表面设置第四介质板。而第二极化层可以设置于第四介质板的上表面。第三介质板和第四介质板的材料类型在此不做限制。

第一极化层可以包括栅形结构，该栅形结构包括多个按一定方向顺次排布的条形的金属片。第二极化层也可以包括栅形结构，但第二极化层中的栅形结构中，条形的金属片的排布方向与第一极化层中的条形的金属片的排布方向不同，以使得第一极化层的极化方向与第二极化层的极化方向不同。可以通过两个不同极化方向的极化层，可以改善电磁波的极化纯度。

该种可能的实现方式中，基于枝节结构的材料特性和结构特性，枝节结构可以对透射至枝节结构的电磁波作用，从而改变电磁波的相位和极化方向。其中，枝节结构中的多个枝节的几何参数发生变化时，会导致枝节结构对电磁波的相位的调整幅度发生变化。基于此，该种可能的实现方式中，通过改变枝节结构的等效长度来改变电磁波的相位。相比于移相器等相位调整方式，这一调整电磁波的相位的方式损耗较低，且成本较低，结构也较为简单，易于集成。

在第一方面的一种可能的实现方式中，第一极化层的极化方向与方形耦合结构的极化方向相同，第二极化层的极化方向与第一极化层的电磁波极化方向垂直。

该种可能的实现方式中，第一极化层的极化方向与方形耦合结构的极化方向相同，这样，第一极化层中通过的电磁波的极化纯度较高，第二极化层的极化方向与第一极化层的电磁波极化方向垂直，则第二极化层可以从枝节结构所传递的电磁波中筛选出期望的极化方向的电磁波，并提升电磁波的极化纯度。

在第一方面的一种可能的实现方式中，枝节结构包括第一枝节、第二枝节和第三枝节，第一枝节的长度方向与第一极化层中的金属片的长度方向平行，第二枝节的长度方向与第二极化层中的金属片的长度方向平行，第三枝节在第一枝节与第二枝节形成的夹角之中，夹角小于180°；第一枝节上设置有至少一个控制节点，和/或，第二枝节上设置有至少一个控制节点，控制节点为开关或者可变电容器件，控制节点用于改变相应枝节的长度。

该种可能的实现方式中，示例性地，开关可以为二极管等可以实现开关功能的器件。只要任一控制节点的状态发生变化，整个枝节结构对应的等效长度就会发生变化，从而可以改变透射至枝节结构的电磁波的相位。这样，可以通过调整控制节点的状态来实现天线模块的波束扫描功能。

根据实际场景需要，第一枝节上设置有一个或多个控制节点，和/或，第二枝节上设置有一个或多个控制节点，这样，波束扫描的范围和单次扫描的角度间隔可以通过控制节点在相应枝节中的位置来调整。并且，控制节点的个数在此不做限定。在一些场景中，控制节点的个数为多个，此时，对该多个控制节点可以有多种不同的控制方式，而不同的控制方式可以使得天线模块产生的波束的指向不同。

在一种示例中，第三枝节的长度方向为波束调整单元的斜对角方向。此时，该枝节结构中的第一枝节、第二枝节和第三枝节可以形成一个类似箭头的形状。

在第一方面的一种可能的实现方式中，波束调整结构还包括幅度调整单元，幅度调整单元用于调整电磁波的幅度。

该种可能的实现方式中，该波束调整结构中的幅度调整单元的位置可以有多种设置方式。例如，该幅度调整单元可以设置在第一极化层和枝节结构之间，也可以设置在第一极化层与耦合单元之间，也可以设置在耦合单元与第二极化层之间。通过该波束调整结构中的幅度调整单元，以及诸如枝节结构等相位调整单元，可以控制电磁波的幅度和相位，从而满足多种场景的需要，并且优化电磁波的性能，例如，实现旁瓣抑制等。

本申请第二方面提供一种天线，天线包括阵列排布的多个如第一方面或者第一方面中的任一可能的实现方式的天线模块。

在第二方面的一种可能的实现方式中，天线还包括馈电网络，每个馈电网络包括多个激励端口，多个激励端口与多个天线模块一一对应，馈电网络能够调整电磁波的相位。

该种可能的实现方式中，馈电网络可以通过多个激励端口与多个天线模块连接，以分别向各个天线模块传递电磁波。此外，馈电网络还可以与射频(radio frequency，RF)器件连接，并通过RF通道获取RF器件所产生的电磁波。天线模块可以与偏置电路连接。

馈电网络可以包括一分多路的功率分配网络、巴特勒矩阵网络、罗特曼透镜(Rotman lens)等具有波束成型效果的网络或者透镜，以获得多个波束，并分别通过不同的激励端口馈电至相应的天线模块。馈电网络还可以包括移相器，以增强天线整体的波束扫描效果。

该种可能的实现方式中，天线不仅可以由天线模块本身随频率进行波束扫描，还可以基于馈电网络输出的电磁波的不同激励相位而进行波束扫描。也即是说，该种可能的实现方式中，天线可以实现两个维度的波束扫描。

在第二方面的一种可能的实现方式中，天线中包括的馈电网络的数量为多个。

该种可能的实现方式中，天线模块与馈电网络的对应关系可以有多种形式。例如，可以是一排天线模块对应一个馈电网络，其中，一排天线模块可以是一列天线模块或者一行天线模块；或者，可以是多排天线模块对应一个馈电网络；或者，可以是一排天线模块对应多个馈电网络；或者，也可以是多排天线模块对应多个馈电网络。多个馈电网络可以增加一个维度来实现波束扫描。例如，一个馈电网络对应一列天线模块时，每一行天线模块可以随频率进行扫描，同时，这一行天线模块还可以基于馈电网络所输出的电磁波的不同的激励相位来进行波束扫描。

附图说明

图1是本申请实施例提供的天线模块的一示例性结构示意图；

图2是本申请实施例提供的关于共面波导、转接结构、传输线以及耦合单元的一示例性结构示意图；

图3A是本申请实施例提供的波束调整单元的一示例性结构示意图；

图3B是本申请实施例提供的枝节结构的一示例性结构示意图；

图4A是本申请实施例提供的天线模块的电磁波的一辐射方向图；

图4B是本申请实施例提供的天线模块的电磁波的一辐射方向图；

图5是本申请实施例提供的天线模块的一示例性结构示意图；

图6A是本申请实施例提供的关于天线模块的带宽的一仿真结果示意图；

图6B是本申请实施例提供的关于天线模块的带宽的一仿真结果示意图；

图7是本申请实施例提供的波束调整结构的一示例性结构示意图；

图8是本申请实施例提供的天线的一示例性结构示意图；

图9是本申请实施例提供的天线的一示例性结构示意图；

图10是本申请实施例提供的天线的一示例性结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请的实施例进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员可知，随着技术发展和新场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在实际应用中，为了改善电磁波的覆盖范围，提升接收端的天线的信噪比，发送端的天线通常需要支持波束扫描功能。

目前，一种常用的波束扫描的方案是在相控阵天线中，通过在射频电路中添加移相器(phase shifter)来改变电磁波的相位，从而实现波束扫描功能。然而，目前的相控阵天线中所采用的移相器的损耗较大，因此，需要额外设置功率放大器来补偿移相器所带来的损耗，导致天线的整体功耗较大，复杂度较高，并且在散热、成本以及效率等方面均存在一定的问题。

另一种常用的波束扫描的方案为基于反射型或者透射性的超表面所实现的天线。其中，超表面可以包括多个超表面单元，通过改变每个超表面单元的的反射或者透射相位，可以实现波束扫描功能。但这一类型的天线通常是采用空馈(air-fed)的方式，利用一个或多个馈源来激励超表面，这样，超表面距离馈源会有一定的距离，且该距离一般较大，还会随着超表面的口径的增加而增加，从而提高了天线的整体剖面高度，不易集成，且对天线在终端等设备中的部署带来了较大的困难。

若为了降低剖面高度，可以采用集成有多个超表面单元的微带阵列天线，其中，每个超表面单元可以通过微带线馈电网络单独馈电。基于微带阵列天线中的超表面单元和辐射单元，可以降低该天线的剖面高度，但微带阵列天线中采用微带线馈电网络，损耗较大，并且微带阵列天线中的辐射单元不支持波束扫描功能。

还有一种常用的波束扫描的方案是基于超表面近场耦合的波导阵列天线。其中，缝隙波导通过近场耦合将电磁波的能量耦合到透射阵单元，缝隙波导可以并行馈电并产生固定波束，透射阵单元包含接收单元和发送单元，并支持相位调整功能。通过近场耦合效应，透射阵单元构成的阵列位于固定波束的近场范围内，降低了天线的剖面高度。但该方案中，采用波导馈电网络，工艺复杂度高，成本高，且不易集成。

可见，目前，能够实现波束扫描的天线通常剖面高度较高，而为了降低天线剖面高度，又会导致天线的结构和工艺的复杂度提高，且电磁波传输损耗提高。

但是目前，需要应用到波束扫描功能的天线常常用于无线基站或者空间通信中，对功耗的要求较高，并且为了方便部署，还要求天线具有较低的剖面高度。

因此，亟需一种剖面高度较低且能够实现波束扫描功能的天线。

而本申请实施例中，可以提供一种剖面高度较低，同时能够实现波束扫描功能的天线模块。

本申请实施例中，可以在天线中集成一个天线模块，也可以在天线中包括阵列排列的多个天线模块。

需要说明的是，本申请实施例中，主要介绍天线模块发射电磁波的功能，但本申请实施例中的天线模块也可以用于接收电磁波。

示例性地，天线模块可以应用于终端设备、卫星、网络设备等设备中。

例如，终端设备可以是手机(mobile phone)、平板电脑(pad)、带无线收发功能的电脑、虚拟现实(virtual reality，VR)终端、增强现实(augmented reality，AR)终端、工业控制(industrial control)中的无线终端、无人驾驶(self driving)中的无线终端、远程医疗(remote medical)中的无线终端、智能电网(smart grid)中的无线终端、运输安全(transportation safety)中的无线终端、智慧城市(smart city)中的无线终端、智慧家庭(smart home)中的无线终端、或者物联网(internet of things，IoT)中的无线终端等。网络设备可以是无线基站、中继器、集线器、路由器、网关、交换机等用于实现网络连接的设备。

如图1所示，为天线模块的一种示例性结构示意图。

其中，天线模块10包括共面波导101、转接结构102、传输线103、耦合单元104和波束调整结构105，其中，共面波导101、转接结构102和传输线103位于第一介质板的上表面，耦合单元104位于传输线103的上方，波束调整结构105位于耦合单元的上方。

共面波导101的一端与激励端口连接，共面波导101的另一端通过转接结构与传输线103连接。

耦合单元104包括阵列排布的多个方形耦合结构，耦合单元用于将传输线中的电磁波能量耦合至波束调整结构105，方形耦合结构的阵列排布方式与传输线对应的电磁波分布方式相关。

波束调整结构105用于调整电磁波的相位。

下面针对本申请实施例的天线模块的结构进行具体介绍。

本申请实施例中，共面波导、转接结构和传输线位于第一介质板的上表面，此外，第一介质板的下表面设置有金属地结构，以与天线模块中一些需要接地的结构(如共面波导和传输线等)进行连接。

其中，共面波导可以包括中心导体和位于中心导体两侧的接地导体。示例性地，中心导体可以为一段金属导线，中心导体任意一侧的接地导体可以为类梯形金属片。类梯形金属片可以接地，例如，可以在第一介质板中，类梯形金属片的下方设置金属孔，这样，类梯形金属片可以通过相应的金属孔与第一介质板的下表面的金属地结构连接。

示例性地，图2示出了共面波导、转接结构、传输线以及耦合单元的一种示例性示意图，其中包括俯视图和侧视图。

在图2所示的示例中，可以通过第一介质板中的金属孔与第一介质板的下表面的金属地结构连接。共面波导的一端可以与激励端口连接，另一端可以通过转接结构与传输线连接。激励端口可以对共面波导进行射频激励，以向共面波导传递电磁波，其中，激励端口向共面波导传递的射频激励的信号可以来自射频(radio frequency，RF)器件，也可以是对射频器件发出的信号进行指定处理(例如进行相位调整、幅度调整或者其他处理)之后的信号。

第一介质板的类型可以有多种。示例性地，第一介质板可以为印刷介质板或者陶瓷类介质板。

由于共面波导中的中心导体和接地导体位于同一平面内，因此，便于在同一平面上连接其他单元器件。

转接结构的形式可以有多种，在此不做限制，图2中所示为转接结构的一种示例。

在图2所示的示例中，转接结构与共面波导连接的一端向与传输线连接的一端渐变，以逐渐向传输线过渡。当然，转接结构也可以有其他结构形式，在此不做限定。

本申请实施例中，传输线设置于第一介质板的上表面。传输线的类型可以有多种。例如，传输线为人工表面等离子体激元(spoof surface plasmon polaritons，SSPP)传输线、微带线或者其他波导结构。传输线为金属波导结构或者介质波导结构时，可以在相应波导表面开槽以实现能量耦合。

在图2所示的示例中，传输线的一端可以通过位于第一介质板中的、且在传输线的这一端附近的金属孔，与第一介质板的下表面的金属地结构连接。

在一种实施例中，传输线为人工表面等离激元SSPP传输线，SSPP传输线的一端通过转接结构与共面波导连接，另一端与第一介质板的下表面的金属地结构连接。

本申请实施例中，表面等离激元(surface plasmon，SP)是在金属表面区域的一种自由电子和光子相互作用的形成的电磁振荡。表面等离激元(surface plasmonpolaritons，SPP)是光频段具有独特性能的电磁波，可将能量束缚在导体表面。而人工表面等离激元(spoof SPP，SSPP)是通过构建周期结构将SPP应用在THz和微波等频段的具体体现。

SSPP传输线的结构形状在此不做限制。SSPP传输线可以为对称结构，也可以为非对称结构。例如，SSPP传输线可以为重复的H型结构或者重复的U型结构(或者，也可以认为是类锯齿型结构)。此外，SSPP传输线可以是双层结构或者单层结构。

示例性地，在图2所示的示例中，该SSPP传输线为周期性重复的H型结构。

本申请实施例中，SSPP传输线的损耗较低，从而可以减少电磁波的传输损耗；并且，SSPP传输线可以与共面波导以及转接结构集成于平面结构中，因此易于集成，工艺简单。

本申请实施例中，共面波导、转接结构和传输线位于第一介质板的上表面，并通过耦合向耦合单元传输电磁波的能量，相比于现有的空馈等馈电方式，可以大大降低天线中的馈电结构和耦合结构的剖面高度，从而降低整个天线结构的剖面高度。

本申请实施例中，耦合单元中采用方形耦合结构来进行耦合，该方形耦合结构可以为方形的金属贴片。这样，相比于传统的圆形耦合结构，方形耦合结构可以改善交叉极化的情况。具体来说，例如，若目标电场沿圆形耦合结构的径向方向，而圆形耦合结构由于结构对称性，同时会激励起切向电场，并且，圆形耦合结构之间的切向电场可以叠加，从而造成了较大的交叉极化。而方形耦合结构由于降低了切向电场，因此交叉极化明显小于圆形耦合结构，例如，在一些场景下，方形耦合结构对应的交叉极化的增益相比于圆形耦合结构对应的交叉极化的增益可以降低超过10dB。可见，本申请实施例中，耦合单元采用方形耦合结构来进行耦合，可以降低交叉极化的增益，从而提升了耦合效率。

本申请实施例中，传输线的上方可以设置有第二介质板，然后在第二介质板的上方设置耦合单元，这样，可以实现方形耦合结构与传输线之间的近场耦合。

耦合单元包括阵列排布的多个方形耦合结构，方形耦合结构的阵列排布方式与传输线对应的电磁波分布方式相关。其中，阵列排布指相应的多个结构以一定的排布规则进行排布。本申请实施例中，该多个方形耦合结构通过阵列排布，可以实现在某些方向上各个方形耦合结构所辐射的电磁波的叠加，而在另一些方向上各个方形耦合结构之间所辐射的电磁波的相互抵消。

下面对耦合单元中多个方向耦合结构的阵列排布方式进行举例说明。

1、在一种实施例中，传输线对应的电磁波分布方式为：在沿传输线的传输方向上，位于传输线的两侧的电磁波的方向相反；

多个方形耦合结构分布于传输线的两侧，并且，位于传输线的同侧的方形耦合结构以电磁波的N个导波波长为间隔，沿传输线周期性排布，在传输线的传输方向上，任意两个分别位于传输线的两侧的相邻的方形耦合结构之间间隔N/2个导波波长，N为正奇数，导波波长为在传输线内传输的电磁波的波长。

在一些示例中，传输线对应的电磁波分布方式为：在沿传输线的传输方向上，位于传输线的两侧的电磁波的方向相反时，传输线可以沿中轴线对称，该中轴线与传输线的传输方向对应。本申请实施例中，对此仅做示例性说明，而非限定。

多个方形耦合结构分布于传输线的两侧指多个方形耦合结构中的一部分分布于传输线的一侧，而另一部分分布于传输线的另一侧。

本申请实施例中，由于位于传输线的两侧的电磁波的方向相反，因此，在传输线的两侧中的每一侧，多个方形耦合结构沿该侧以N个导波波长的距离依次排列。这样，位于同一侧的方形耦合结构所耦合产生的电磁波的相位相同，因此，各个方形耦合结构所产生的电磁波可以在期望的方向上相互叠加，从而达到电磁波增强的效果。

而针对任意两个分别位于传输线的两侧的相邻的方形耦合结构(此处的相邻指距离最近，也即是说，这两个方形耦合结构分别位于传输线的两侧且距离最近)，可以设置这两个方形耦合结构在沿传输线的传输方向上间隔N/2个导波波长，此时，N为正奇数，则N/2的小数位为0.5，也即是说N/2除以1的余数为0.5，即半个导波波长。而在传输线的传输方向上，该余数对应的半个导波波长的距离会导致电磁波相位相反。

这样，传输线的两侧的电磁波的相反方向与在传输线中的传输距离所产生的相反相位所造成的效果进行叠加，导致这两个方形耦合结构通过耦合产生的电磁波的相位相同，因此，这两个方形耦合结构产生的电磁波可以在期望的方向上相互叠加，从而达到电磁波增强的效果。

如图2所示的示例中，展示了为N等于1时，耦合单元的一种示例性结构。其中，传输线为沿中轴线对称的SSPP传输线。在图2中，SSPP传输线的中轴线的同一侧的方形耦合结构之间间隔一个波长的距离。而分别位于SSPP传输线的中轴线的两侧、且距离最近的两个方形耦合结构之间，在沿该中轴线的方向上间隔半个波长的距离。

2、在另一种实施例中，传输线对应的电磁波分布方式为：在沿传输线的传输方向上，位于传输线的两侧的电磁波的方向相反；

多个方形耦合结构分布于传输线的单侧，并且，位于传输线的单侧的方形耦合结构以电磁波的P个导波波长为间隔，沿传输线周期性排布，P为正整数，导波波长为在传输线内传输的电磁波的波长。

本申请实施例中，分布于传输线的单侧的方形金属结构以P个电磁波的波长为间隔，沿传输线的传播方向周期性排布，可以使得各个方形金属结构产生的电磁波沿期望方向相互叠加，从而达到电磁波增强的效果，提升了耦合效率。

本申请实施例中，波束调整结构为透射式的波束调整结构。

在一种实施例中，波束调整结构包括阵列排布的多个波束调整单元，每一个波束调整单元包括第一极化层、第二极化层和枝节结构，第一极化层位于耦合单元的上方，枝节结构位于第一极化层的上方，第二极化层位于枝节结构的上方，第一极化层的极化方向与第二极化层的极化方向不同。

枝节结构包括多个枝节，多个枝节的等效长度能够改变，以调整电磁波的相位。

其中，第一极化层可以设置于第三介质板的下表面，并且，第一极化层与耦合单元之间存在一定的空隙。枝节结构可以设置于第三介质板的上表面，再在枝节结构的上表面设置第四介质板。而第二极化层可以设置于第四介质板的上表面。第三介质板和第四介质板的材料类型在此不做限制。第一介质板、第二介质板、第三介质板和第四介质板的材料类型可以相同，也可以不同。

本申请实施例中，第一极化层可以包括栅形结构，该栅形结构包括多个按一定方向顺次排布的条形的金属片。第二极化层也可以包括栅形结构，但第二极化层中的栅形结构中，条形的金属片的排布方向与第一极化层中的条形的金属片的排布方向不同，以使得第一极化层的极化方向与第二极化层的极化方向不同。

耦合单元所辐射的电磁波在透射至第一极化层时，透射的电磁波中与第一极化层的极化方向一致的一部分电磁波可以通过，从而改善电磁波的极化纯度。此外，第一极化层的电磁波通过枝节结构时，基于枝节结构的极化特性，可以再次改变透射至枝节结构的电磁波的极化方向。接着，透射至枝节结构的电磁波在透射至第二极化层时，该透射的电磁波中与第二极化层的极化方向一致的一部分电磁波可以通过，这样，可以通过两个不同极化方向的极化层，改善电磁波的极化纯度。

枝节结构包括多个枝节，枝节结构的具体形式可以有多种。示例性地，枝节结构的具体形式可以基于相位调整的需要、极化方向的要求来确定。

本申请实施例中，基于枝节结构的材料特性和结构特性，枝节结构可以对透射至枝节结构的电磁波进行作用，从而改变电磁波的相位和极化方向。其中，枝节结构中的多个枝节的几何参数发生变化时，会导致枝节结构对电磁波的相位的调整幅度发生变化。

基于此，本申请实施例中，通过改变枝节结构的等效长度来改变电磁波的相位。

相比于移相器等相位调整方式，这一调整电磁波的相位的方式损耗较低，且成本较低，结构也较为简单，易于集成。

枝节的等效长度可以通过多种方式来改变，例如，可以通过多个枝节中的一个或多个枝节上的开关的通断，来调整枝节实际使用的长度，从而改变枝节结构的等效长度。或者，也可以调整多个枝节中的一个或多个枝节上的可变电容的大小来改变枝节结构的等效长度。

在一些实施例中，第一极化层的极化方向与方形耦合结构的极化方向相同，第二极化层的极化方向与第一极化层的电磁波极化方向垂直。

其中，第一极化层中的条形的金属片的方向与第二极化层中的条形的金属片的方向垂直。

例如，在一种示例中，如图3A所示，为一个波束调整单元的示例性结构示意图。

其中，第一极化层和第二极化层均为包括多个条形的金属片的栅形结构，并且，第一极化层中的条形的金属片的长度方向与第二极化层中的条形的金属片的方向垂直。

本申请实施例中，第一极化层的极化方向与方形耦合结构的极化方向相同，这样，第一极化层中通过的电磁波的极化纯度较高，第二极化层的极化方向与第一极化层的电磁波极化方向垂直，则第二极化层可以从枝节结构所传递的电磁波中筛选期望的极化方向的电磁波，进一步提升电磁波的极化纯度。

可见，通过本申请实施例中的第一极化层和第二极化层，可以改善电磁波的极化纯度。

在一些实施例中，枝节结构包括第一枝节、第二枝节和第三枝节，第一枝节的长度方向与第一极化层中的金属片的长度方向平行，第二枝节的长度方向与第二极化层中的金属片的长度方向平行，第三枝节在第一枝节与第二枝节形成的夹角之中，夹角小于180°；

第一枝节上设置有至少一个控制节点，和/或，第二枝节上设置有至少一个控制节点，控制节点为开关或者可变电容器件，控制节点用于改变相应枝节的长度。

本申请实施例中，开关的类型在此不做限制。示例性地，开关可以为二极管等可以实现开关功能的器件。

本申请实施例中，只要任一控制节点的状态发生变化，整个枝节结构对应的等效长度就会发生变化，从而可以改变透射至枝节结构的电磁波的相位。这样，可以通过调整控制节点的状态来实现天线模块的波束扫描功能。

根据实际场景需要，第一枝节上设置有一个或多个控制节点，和/或，第二枝节上设置有一个或多个控制节点，这样，波束扫描的范围和单次扫描的角度间隔可以通过控制节点在相应枝节中的位置来调整。并且，整个枝节结构中的控制节点的个数可以是一个或多个，在此不做限定。在一些场景中，控制节点的个数为多个，此时，对该多个控制节点可以有多种不同的控制方式，而不同的控制方式可以使得天线模块产生的波束的指向不同。

例如，在一种示例中，如图3B所示的枝节结构中，第一枝节和第二枝节中分别设置有一个开关。

第一枝节的长度方向与第一极化层的条形的金属片的长度方向一致，第二枝节的长度方向与第二极化层的条形的金属片的长度方向一致，这样，第一枝节与第二枝节垂直。而第三枝节在第一枝节与第二枝节形成的夹角之中。并且，第三枝节的长度方向为波束调整单元的斜对角方向。

可见，在图3B所示的这一示例中，该枝节结构中的第一枝节、第二枝节和第三枝节可以形成一个类似箭头的形状。

在这一示例中，在第一枝节和第二枝节中的开关均导通时，天线模块针对26GHz的电磁波的辐射方向图如图4A所示。此时，天线模块发出的电磁波的波束方向指向-12°。

而在第一枝节和第二枝节中的开关均关断时，天线模块针对26GHz的电磁波的辐射方向图如图4B所示。此时，天线模块发出的电磁波的波束方向指向1°。可见，通过控制枝节结构中的开关或者可变电容等控制节点，可以改变指定频率下的电磁波的波束指向，从而实现波束方向的灵活调整。

基于上述实施例，如图5所示，为天线模块的一种示例性的结构示意图。其中，包括俯视图和侧视图。

其中，通过图5中的俯视图可知，天线模块中的波束调整结构包括多个阵列分布的波束调整单元。

此外，通过仿真可知，本申请实施例的天线模块中，该波束调整结构对带宽的影响较小。

例如，基于上述图5所示的天线模块的结构进行仿真，可以获得仿真结果如图6A和图6B。其中，图6A为不使用波束调整结构时的天线模块的带宽的仿真结果。图6B为使用波束调整结构时的天线模块的带宽的仿真结果。其中，图6A所示的带宽与图6B所示的带宽基本一致。

在一些实施例中，波束调整结构还包括幅度调整单元，幅度调整单元用于调整电磁波的幅度。

其中，该波束调整结构中的幅度调整单元的位置可以有多种设置方式。例如，该幅度调整单元可以设置在第一极化层和枝节结构之间，也可以设置在第一极化层与耦合单元之间，也可以设置在耦合单元与第二极化层之间。

例如，在一种示例中，如图7所示，为波束调整结构的一种示例性结构示意图。波束调整结构70中，包括第一极化层701、幅度调整单元702、枝节结构703和第二极化层704，其中，幅度调整单元702可以位于第一极化层701与枝节结构703之间。

本申请实施例中，幅度调整单元可以为幅度可调的衰减器或者幅度可调的放大器，也可以是幅度在缩小至放大的一定范围内可调的幅度调整器件。

通过该波束调整结构中的幅度调整单元，以及诸如枝节结构等相位调整单元，可以控制电磁波的幅度和相位，从而满足多种场景的需要，并且优化电磁波的性能，例如，实现旁瓣抑制等。

以上，本申请实施例从多个方面介绍了天线模块。

下面介绍本申请实施例中的一种天线。天线包括阵列排布的多个天线模块，该天线模块为上述任一实施例中的天线模块。

例如，如图8所示，天线80中包括多个沿竖向方向排列分布的天线模块801、天线模块802-天线模块80X。其中，X为不小于2的正整数。

本申请实施例中，通过对天线模块进行阵列，可以对天线信号进行增强，获得较好的辐射方向性，提升天线的性能。

在一些实施例中，天线还包括馈电网络，每个馈电网络包括多个激励端口，多个激励端口与多个天线模块一一对应，馈电网络能够调整电磁波的相位。

如图9所示，为天线的一种示例性示意图。其中，馈电网络可以通过多个激励端口与多个天线模块连接，以分别向各个天线模块传递电磁波。此外，馈电网络还可以与RF器件连接，以通过RF通道获取RF器件所产生的电磁波。天线模块可以与偏置电路连接。

示例性地，馈电网络可以包括一分多路的功率分配网络、巴特勒矩阵网络、罗特曼透镜(Rotman lens)等具有波束成型效果的网络或者透镜，以获得多个波束，并分别通过不同的激励端口馈电至相应的天线模块。馈电网络还可以包括移相器，以增强天线整体的波束扫描效果，例如，扩大波束扫描的范围，提升单次扫描的精度。或者，馈电网络也可以包括串联馈电类型的传输线。

本申请实施例中，天线不仅可以由天线模块本身随频率进行波束扫描，还可以基于馈电网络输出的电磁波的不同激励相位而进行波束扫描。此时，天线所辐射的波束不仅基于不同的激励相位而指向不同的角度，还可以基于不同的频率而指向不同的角度。也即是说，在这一示例中，天线可以实现两个维度的波束扫描。

在一些实施例中，天线中包括的馈电网络的数量为多个。

天线模块与馈电网络的对应关系可以有多种形式。例如，可以是一排天线模块对应一个馈电网络，其中，一排天线模块可以是一列天线模块或者一行天线模块；或者，可以是多排天线模块对应一个馈电网络；或者，可以是一排天线模块对应多个馈电网络；或者，也可以是多排天线模块对应多个馈电网络。

如图10所示，为天线的一种示例性示意图。在图10所示的示例中，馈电网络可以有多个，多个天线模块可以形成多行且多列的阵列，其中，一列天线模块对应一个馈电网络，或者，一行天线模块对应一个馈电网络。这样，该天线中，可以通过多个维度来进行波束扫描。

例如，图10中，一个馈电网络对应一列天线模块。此时，每一行天线模块可以随频率进行扫描，同时，这一行天线模块还可以基于馈电网络所提供的不同的激励相位来进行波束扫描。

可见，通过图10所示的天线的结构，相比于图9所示的示例，还可以增加一个波束扫描的维度，该维度可以通过多个馈电网络来提供。也即是说，每一行天线模块中，不同的天线模块可以基于不同的馈电网络所提供的不同的激励相位而实现波束扫描。

本申请实施例中，在一些应用场景中，该天线可以用于实现多进多出(multipleinput multiple output，MIMO)通信或者多用户通信。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元和功能的实现方式取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方式来实现所描述的结构和功能，并且具体实现中，可以包括任一上述实施例中描述的结构和功能中的更多或者更少的部分，这种实现不应认为超出本申请实施例的范围。

在本申请实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置、模块和单元，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请实施例各个实施例中的各功能单元可以集成在一个单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上，仅为本申请实施例的具体实施方式，但本申请实施例的保护范围并不局限于此。

Claims (11)

1.一种天线模块，其特征在于，包括共面波导、转接结构、传输线、耦合单元和波束调整结构，所述共面波导、所述转接结构和所述传输线位于第一介质板的上表面，所述耦合单元位于所述传输线的上方，所述波束调整结构位于所述耦合单元的上方；

所述共面波导的一端与激励端口连接，所述共面波导的另一端通过转接结构与传输线连接；

所述耦合单元包括阵列排布的多个方形耦合结构，所述耦合单元用于将所述传输线中的电磁波能量耦合至所述波束调整结构，所述方形耦合结构的阵列排布方式与所述传输线对应的电磁波分布方式相关；

所述波束调整结构用于调整所述电磁波的相位。

2.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，所述传输线为人工表面等离激元SSPP传输线，所述SSPP传输线的一端通过所述转接结构与所述共面波导连接，另一端与所述第一介质板的下表面的金属地结构连接。

3.根据权利要求1或2所述的天线模块，其特征在于，所述传输线对应的电磁波分布方式为：在沿所述传输线的传输方向上，位于所述传输线的两侧的电磁波的方向相反；

所述多个方形耦合结构分布于所述传输线的两侧，并且，位于所述传输线的同侧的方形耦合结构以电磁波的N个导波波长为间隔，沿所述传输线周期性排布，在所述传输线的传输方向上，任意两个分别位于所述传输线的两侧的相邻的方形耦合结构之间间隔N/2个所述导波波长，N为正奇数，所述导波波长为在所述传输线内传输的电磁波的波长。

4.根据权利要求1或2所述的天线模块，其特征在于，所述传输线对应的电磁波分布方式为：在沿所述传输线的传输方向上，位于所述传输线的两侧的电磁波的方向相反；

所述多个方形耦合结构分布于所述传输线的单侧，并且，位于所述传输线的单侧的方形耦合结构以电磁波的P个导波波长为间隔，沿所述传输线周期性排布，P为正整数，所述导波波长为在所述传输线内传输的电磁波的波长。

5.根据权利要求1-4任一项所述的天线模块，其特征在于，所述波束调整结构包括阵列排布的多个波束调整单元，每一个所述波束调整单元包括第一极化层、第二极化层和枝节结构，所述第一极化层位于所述耦合单元的上方，所述枝节结构位于所述第一极化层的上方，所述第二极化层位于所述枝节结构的上方，所述第一极化层的极化方向与所述第二极化层的极化方向不同；

所述枝节结构包括多个枝节，所述多个枝节的等效长度能够改变，以调整电磁波的相位。

6.根据权利要求5所述的天线模块，其特征在于，所述第一极化层的极化方向与所述方形耦合结构的极化方向相同，所述第二极化层的极化方向与所述第一极化层的电磁波极化方向垂直。

7.根据权利要求5或6所述的天线模块，其特征在于，所述枝节结构包括第一枝节、第二枝节和第三枝节，所述第一枝节的长度方向与所述第一极化层中的金属片的长度方向平行，所述第二枝节的长度方向与所述第二极化层中的金属片的长度方向平行，所述第三枝节在所述第一枝节与所述第二枝节形成的夹角之中，所述夹角小于180°；

所述第一枝节上设置有至少一个控制节点，和/或，所述第二枝节上设置有至少一个控制节点，所述控制节点为开关或者可变电容器件，所述控制节点用于改变相应枝节的长度。

8.根据权利要求1-7任一项所述的天线模块，其特征在于，所述波束调整结构还包括幅度调整单元，所述幅度调整单元用于调整电磁波的幅度。

9.一种天线，其特征在于，所述天线包括阵列排布的多个如权利要求1-8任一项所述的天线模块。

10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，所述天线还包括馈电网络，每个所述馈电网络包括多个激励端口，所述多个激励端口与所述多个所述天线模块一一对应，所述馈电网络能够调整电磁波的相位。

11.根据权利要求10所述的天线，其特征在于，所述天线中包括的馈电网络的数量为多个。