介质透镜、透镜天线和电子设备的制作方法

本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种介质透镜、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。一般透镜天线为球形，体积较大，扫描角度有限，不利于大范围面积的覆盖。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种介质透镜、透镜天线和电子设备，可以有效提高偏焦辐射性能，实现更大的扫描覆盖范围。

一种介质透镜，包括：

透镜层，包括相背设置的第一侧面和第二侧面，且所述第一侧面包括朝背离所述第二侧面的一侧凸起的第一曲面；

校准层，包括一体成型的连接部和校准部，所述连接部与所述第二侧面贴合设置，所述校准部朝向所述透镜层的一侧包括第二曲面，所述第二曲面包括至少一个朝所述透镜层一侧凸的面，所述校准层用于对所述透镜层提供的相位分布进行补偿。

此外，还提供透镜天线，其特征在于，包括：

馈源阵列，包括多个阵列设置的馈源单元；及

与所述馈源阵列间隔设置的至少一个上述的介质透镜。

此外，还提供一种电子设备，包括上述的透镜天线。

上述介质透镜、透镜天线和电子设备，包括透镜层，包括相背设置的第一侧面和第二侧面，且所述第一侧面包括朝背离所述第二侧面的一侧凸起的第一曲面；校准层，包括一体成型的连接部和校准部，所述连接部与所述第二侧面贴合设置，所述校准部朝向所述透镜层的一侧包括第二曲面，所述第二曲面包括至少一个朝所述透镜层一侧的凸面，所述校准层用于对所述透镜层提供的相位分布进行补偿，该介质透镜集成校准层，有效提高了偏焦辐射性能，提高了透镜天线的扫描覆盖范围。

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为一个实施例中介质透镜的结构示意图；

图3为图2中介质透镜的尺寸示意图；

图4为另一个实施例中介质透镜的结构示意图；

图5为再一个实施例中介质透镜的结构示意图；

图6为一个实施例中透镜天线的结构示意图；

图7为另一个实施例中透镜天线的结构示意图；

图8为一个实施例中透镜天线的侧视结构示意图；

图9为其中一个实施例中电子设备的框图；

图10为其中一个实施例中波束扫描方向图；

图11为一个实施例中包括透镜天线的电子设备的示意图；

图12为另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(mobileinternetdevice，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(printedcircuitboard，印刷电路板)或fpc(flexibleprintedcircuit，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。

本申请实施例提供一种介质透镜20。在本实施例中，介质透镜应用于透镜天线。根据透镜天线的具体应用场景，介质透镜通过集成校准层，有效提高了偏焦辐射性能，提高了透镜天线的扫描覆盖范围，同时也能实现对电磁波的汇聚功能。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5gnr支持的频段列表，5gnr频谱范围可达100ghz，指定了两大频率范围：frequencyrange1(fr1)，即6ghz以下频段和frequencyrange2(fr2)，即毫米波频段。frequencyrange1的频率范围：450mhz-6.0ghz，其中，最大信道带宽100mhz。frequencyrange2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。

如图2所示，本申请实施例提供一种介质透镜。在其中一个实施例中，介质透镜20，包括：透镜层210和校准层220。

在其中一个实施例中，透镜层210包括相背设置的第一侧面220a和第二侧面220b，且所述第一侧面220a包括朝背离所述第二侧面220b的一侧凸起的第一曲面。透镜层210是能用于传输电磁波的功能层，其电磁波可沿第一方向入射至透镜层210，电磁波到达该透镜层210的相位分布能够实现了对电磁波的汇聚作用。

具体的，第一曲面可以为双曲面、抛物面或椭圆面。透镜层210的第二侧面220b可以为平面、双曲面、抛物面或椭圆面。举例说明，该透镜层210的第一侧面220a为双曲面，第二侧面220b为平面，其该透镜层210可以理解双曲柱透镜层210。

在本申请实施例中，对透镜层210第一侧面220a和第二侧面220b的形状不做进一步的限定，其可进行任意组合，其组合形成的透镜层210可以为双曲柱透镜层210、抛物柱透镜层210、椭圆柱透镜层210等。

在其中一个实施例中，透镜层210的材料为非金属材料，不会对电磁波的电场产生干扰。例如，透镜层210材质均可以为pet(polyethyleneterephthalate)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。

在其中一个实施例中，校准层220包括一体成型的连接部223和校准部221。校准部221设置在该校准层220的中间区域，其连接部223设置在给校准层220的两侧边缘。连接部223与透镜层210的第二侧面220b贴合设置。校准部221朝向所述透镜层210的一侧包括第二曲面221a，所述第二曲面221a包括至少一个朝所述透镜层210一侧的凸面。

介质透镜应用在具有馈源阵列的透镜天线中，其馈源阵列的某个馈源单元在进行馈电时，可包括偏馈和正馈两种形式。正馈可以理解为处于工作状态的馈源单元正好位于该介质透镜的焦点上，其馈源单元进行馈电时产生的电磁波通过该介质透镜变为平面波束辐射出去，从而实现透镜天线的最大增益。偏馈可以理解为处于工作状态的馈源单元的相位中心与介质透镜焦点所在中轴线具有相对偏移。

当处于工作状态的馈源单元的相位中心与介质透镜焦点所在中轴线具有相对偏移时，其电磁波到达透镜层210的相位与正馈有一定幅度的差异，此时，透镜层210提供的相位分布不能满足最佳汇聚条件。在本申请实施例中，通过在透镜层210上设置了校准层220，其校准层220的第二曲面221a的至少一个朝所述透镜层210一侧的凸面，使得校准层220能够对透镜层210提供的相位分布进行补偿，进而满足最佳汇聚条件，提高了偏焦辐射性能，提高了透镜天线的扫描覆盖范围。

在其中一个实施例中，校准层220的材料为非金属材料，不会对电磁波的电场产生干扰。例如，校准层220材质均可以为pet(polyethyleneterephthalate)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。

需要说明的是，透镜层210与校准层220的材料可以相同，也可以不同。透镜层210与校准层220的厚度可以根据透镜层210第二侧面220b与第一侧面220a的具体形状进行设定。在本申请实施例中，对透镜层210与校准层220的材料、厚度不做进一步的限定。

在其中一个实施例中，当透镜层210为双曲柱透镜层210(第二侧面220b为平面、第一侧面220a为双曲面)时，其校准层220的第二曲面221a可以为对称设置的波浪结构。其中，该第二曲面221a包括一凸面和两凹面，所述凸面和所述凹面依次交替平滑连接，且所述凸面位于两个所述凹面之间，也即两凹面对称分布在该凸面的两侧。该凸面位于所述第二曲面221a的中间区域，也即，该凸面可以为的最低点与该透镜层210的焦点均位于同一中轴线上。

所述凸面朝所述透镜层210一侧凸起。进一步的，该凸面与透镜层210的第二侧面220b接触设置，即透镜层210的第二侧面220b与该凸面相切设置。可选的，该凸面与透镜层210的第二侧面220b也可以保留一定的缝隙。

所述凹面背离所述透镜层210一侧凹陷。即，凹面与透镜层210的第二侧面220b可围合形成空腔。进一步的，该空腔内可填充空气，也可填充非金属材料，其填充物的介电常数与空气的介电常数相近。

在其中一个实施中，凸面的长度尺寸和凹面的长度尺寸相等，凸面的厚度尺寸和凹面的深度尺寸相等。

在其中一个实施中，凸面的长度尺寸大于凹面的长度尺寸相等，凸面的厚度尺寸和凹面的深度尺寸相等。

如图3所示，其中，凸面的长度尺寸可理解为两个凹面最低点(o1、o2)之间在该波浪结构的延伸(传播)方向的距离l1，凹面的长度尺寸可理解为凸面最高点o和凹面与透镜层210顶层交点a之间的距离l2。凸面的厚度尺寸可理解为凸面最高点o到两个凹面最低点(o1、o2)之间连线的距离h1，凹面的深度尺寸可理解为凹面最低点到穿过该凸面最高点o且与波浪结构的延伸方向平行的直线的距离h2。

需要说明的是，凸面的长度尺寸和凹面的长度尺寸、凸面的厚度尺寸和凹面的深度尺寸均可根据可以透镜层210的厚度及第二曲面221a的曲面弧度进行设定。在本申请实施例中，对凸面的长度尺寸、厚度尺寸，凹面的长度尺寸、厚度尺寸均不做进一步的限定。

在其中一个实施例中，所述校准层220远离所述透镜层210的一侧为平面。

在本实施例中，透镜层210为双曲面主透镜层210，通过将校准层220靠近所述透镜层210的一侧为设计为第二曲面221a，且该第二曲面221a包括一凸面和两凹面，所述凸面和所述凹面依次交替平滑连接，且两凹面对称分布在该凸面的两侧。其校准层220能够对进入至透镜层210的电磁波的相位进行补偿，以使电磁波能够变为平面波束辐射出去，满足最佳汇聚条件，提高了偏焦辐射性能，提高了透镜天线的扫描覆盖范围。

如图4和图5所示，在其中一个实施例中，当透镜层210为曲柱透镜层210(例如，椭圆柱、抛物面柱透镜层210)时，其校准层220的第二曲面221a可以为对称设置的波浪结构，通过对该波浪结构的特殊设计也可以实现对进入至透镜层210的电磁波的相位进行补偿，以使电磁波能够变为平面波束辐射出去。

举例说明，透镜层210的第一侧面220a为抛物面，第二侧面220b为平面。所述第二曲面221a为对称设置的波浪结构，所述波浪结构包括多个凸面和多个凹面，所述凸面和所述凹面依次交替平滑连接，其所述凸面位于所述第二曲面221a的中间区域。

多个所述凸面在波浪结构的延伸方向上的长度尺寸l1具有渐变规律。例如，多个凸面的长度尺寸由该第二曲面221a(波浪结构)的中心位置向两侧对称减小。其中，减小可以为梯度减小或随机减小，例如，梯度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。

多个所述凸面可均与透镜层210的顶层接触连接，或，位于中间位置的凸面与透镜层210的顶层接触连接。

需要说明的是，可以根据透镜层210的结构特征(例如，第一侧面220a、第二侧面220b的曲面度、透镜层210的厚度等)来设定波浪结构中凸面、凹面的数量、长度尺寸、厚度尺寸、与透镜层210顶层接触设置的凸面数量等，以使该校准层220能够对透镜层210中的相位分布起到补偿的作用。

在本实施例中，透镜层210为曲柱透镜层210(例如，椭圆柱、抛物面柱透镜层210)时，通过将校准层220靠近所述透镜层210的一侧为设计为包括多个交替连接的凹面和凸面，其校准层220能够对进入至透镜层210的电磁波的相位进行补偿，以使电磁波能够变为平面波束辐射出去，满足最佳汇聚条件，提高了偏焦辐射性能，提高了透镜天线的扫描覆盖范围。

在其中一个实施例中，还包括设置在所述透镜层210与所述校准层220之间的介质层，所述介质层的介电常数均小于所述校准层220、透镜层210的介电常数。其中，该介质层的介电常数可接近空气的介电常数，通过在透镜层210和校准层220之间设置介质层可以使电磁波的传播常数比自由空间大，即实现大于1的等效折射率。

本申请实施例还提供一种透镜天线，如图6和图7所示，透镜天线包括馈源阵列30和上述实施例中的至少一个介质透镜20。

馈源阵列30，包括多个阵列设置的馈源单元310，且与介质透镜20中的透镜层210的第二侧面220b相邻设置。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介质透镜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，适用于毫米波透镜天线的应用。

在本实施例提供的透镜天线，包括馈源阵列30及介质透镜20，介质透镜20中集成了校准层220，能够对进入至透镜层210的电磁波的相位进行补偿，以使电磁波能够变为平面波束辐射出去，满足最佳汇聚条件，提高了偏焦辐射性能，提高了透镜天线的扫描覆盖范围；通过馈源阵列30的设置可以实现多波束出射和波束扫描。

在其中一个实施例中，参考图6，该透镜天线中的介质透镜20为一个，且所述馈源阵列30的阵列中心与所述介质透镜20的焦点均位于同一轴线上。

进一步的，该馈源阵列30可为中心对称式结构，馈源阵列30的阵列中心可放置在介质透镜20的焦点处。通过切换馈源阵列30中任一馈源单元310的开关，使得该馈源单元310处于工作，其他馈源单元310不工作，即可获取不同的波束指向，从而实现波束扫描。

在其中一个实施例中，参考图7，透镜天线中的介质透镜20至少三个，至少三个所述介质透镜20且呈线性阵列。同时，该馈源阵列30也包括多个所述馈源单元310，馈源单元310与所述介质透镜20一一对应设置。一个馈源单元310与一个介质透镜20对应设置，其构成了一个天线单元。即透镜天线包括至少三个天线单元，各天线单元呈线性阵列。

若馈源单元310的相位中心与所述介质透镜20的焦点位于同一中轴线上，则将该天线单元作为聚焦型天线，由馈源单元310辐射产生的电磁波通过介质透镜20变为平面波束辐射出去，从而实现天线的最大增益。若馈源单元310的相位中心与所述介质透镜20的焦点所在中轴线具有相位偏移，则将该天线单元作为偏焦型天线。通过调节相位偏移的偏移量x，可以改变辐射电磁波束的方向，波束与中轴线夹角为a，偏移量x越大，夹角a越大。

在其中一个实施例中，透镜天线包括至少三个且呈线性阵列的天线单元。其中，位于阵列中心的天线单元为聚焦型天线，其他天线单元为偏焦型天线。进一步的，偏焦型天线相位偏移的偏移量由所述线性阵列的阵列中线向阵列两侧对称减小。参考图7，包括7个天线单元，其中，偏焦型天线对称设置在聚焦型天线的两侧，其其偏移量分别记为x1、x2、x3，其中，x1<x2<x3。

在本实施例中，通过将多个天线单元呈线形排列，可组成一维透镜天线阵列，，通过设计每个天线单元的相位偏移量，可以让电磁波波束指向不同方向，通过切换激励不同的天线单元，可以实现覆盖大范围的波束扫描。

如图8所示，在其中一个实施例中，透镜天线还包括第一导电板410和与所述第一导电板410平行设置的第二导电板420。其中，所述介质透镜20和所述馈源阵列30分别设置在所述第一导电板410和所述第二导电板420之间。将介质透镜20的馈源阵列30置于第一导电板410和第二导电板420之间，可以减少馈源阵列30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。

在其中一个实施例中，该第一导电板410和第二导电板420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。可选的，第一导电板410和第二导电板420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。

本申请实施例还提供一种电子设备，包括上述任其中一个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，能够对透镜层提供的相位分布进行补偿，进而满足最佳汇聚条件，提高了偏焦辐射性能，提高了透镜天线的扫描覆盖范围。

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(mobileinternetdevice，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。

在其中一个实施例中，如图9所示，电子设备还包括检测模块910、开关模块920和控制模块930。其中，控制模块930分别与所述检测模块910、所述开关模块920连接。

在其中一个实施例中，检测模块910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910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(specificabsorptionrate，sar)等参数。

在其中一个实施例中，开关模块920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。在其中一个实施例中，开关模块920可包括输入端和多个输出端，其中，输入端与控制模块930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920可以用于接收控制模块930发出的切换指令，以控制开关模块920中各开关自身的导通与断开，控制该开关模块920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。

在其中一个实施例中，控制模块930可以按照预设策略控制开关模块920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910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10，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中包括七个馈源单元310时，则检测模块910可以对应获取七个波束信号强度，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930发出的切换指令以控制该开关模块920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11和图12所示，在其中一个实施例中，电子设备10包括多个透镜天线t，多个透镜天线t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。

在其中一个实施例中，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。

在其中一个实施例中，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。

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。