一种天线及无线设备的制作方法

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种天线及无线设备。

背景技术：

在通信技术领域，随着新兴应用的发展，无线接入网络朝着高容量、毫米波、多频带应用方面发展，因此，无线设备对天线提出了更高的需求，为了适应这种需求，要求天线具有低剖面形式以便满足毫米波段无线设备集成化的需求，同时还需要天线具有高增益特性以适应毫米波段信号传播衰减大的情形。

漏波天线(Leaky wave antenna，LWA)因其馈电单元及辐射单元的结构简单、适合平面结构、且具有宽频带特性，从而使其成为低成本低剖面宽频带天线的设计中采用的主要技术方案。

漏波天线的辐射原理为：馈电单元在漏波天线内激励形成的信号波沿着漏波天线形成的口径以漏波形式被辐射出去，实现信号的发射。

但是，现有技术中的漏波天线发射毫米波段的信号时，因为信号在漏波天线的口径上一边传输一边进行漏波辐射，使得漏波天线的信号幅度在口径面上其自馈电单元向周围方向呈指数衰减，由此使得天线的口径效率较低，天线的增益性较低。

技术实现要素：

本发明提供了一种天线及无线设备，该天线能够提高天线的口径效率，提高天线的增益性。

第一方面，提供一种天线，包括：

本体，所述本体具有平行设置的顶板和底板，所述顶板设有多个泄漏信号用的辐射结构，所述底板设有信号激励用的馈电结构，以在顶板和底板之间产生能够传播的TE波及TM波；

多排增益补偿结构，以将所述本体划分为至少两个辐射区，每个辐射区包括所述多个辐射结构中的一部分辐射结构；每一排所述增益补偿结构包括多个增益补偿单元，和沿所述多个增益补偿单元排列方向延伸的屏蔽结构；其中，所述屏蔽结构位于所述顶板和所述底板之间，以将两个所述辐射区之间隔离，且每一个增益补偿单元包括：

第一耦合结构，所述第一耦合结构位于所述屏蔽结构朝向所述馈电结构一侧，且所述第一耦合结构的至少一部分位于所述顶板和所述底板之间；

第二耦合结构，所述第二耦合结构位于所述屏蔽结构背离所述馈电结构一侧，且所述第二耦合结构的至少一部分位于所述顶板和所述底板之间；

第一单级行波放大单元，所述第一单级行波放大单元工作时，其输入端与所述第一耦合结构连接，且输出端与所述第二耦合结构连接。

结合上述第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述顶板为具有左手材料或右手材料结构的金属板；所述底板为良导体金属、或者具有左手材料或右手材料结构的金属板。

结合上述第一方面，在第二种可能的实现方式中，所述顶板和底板之间填充有空气，且所述顶板和所述底板设有支撑结构，支撑于所述顶板和底板之间；或者，

所述顶板与所述底板之间设有介质层。

结合上述第一方面，在第三种可能的实现方式中，所述多排增益补偿单元中：

至少一排所述增益补偿结构的增益补偿单元的排列方向与所述馈电结构激励产生的TE波传播方向垂直，且至少一排所述增益补偿结构的增益补偿单元的排列方向与所述馈电结构激励产生的TM波传播方向垂直；或者，

各排所述增益补偿结构中的增益补偿单元的排列方向相互平行，且排列方向与所述馈电结构激励产生的TE波传播方向垂直；或者，

各排所述增益补偿结构中的增益补偿单元的排列方向相互平行，且排列方向与所述馈电结构激励产生的TM波传播方向垂直。

结合上述第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述多排增益补偿结构形成至少一个封闭环形的增益补偿结构，其中：

每一个所述增益补偿结构包括两排增益补偿单元的排列方向与所述TE波传播方向垂直的增益补偿结构，和两排增益补偿单元的排列方向与所述TM波传播方向垂直的增益补偿结构，所述馈电结构在所述底板背离所述顶板一面的投影位于所述环形增益结构在所述底板背离所述顶板一面的投影围成的区域内。

结合上述第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，每一个所述增益补偿单元中，所述第一耦合结构和所述第二耦合结构之间为无源互易结构。

结合上述第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，每一个所述增益补偿单元中：

所述第一耦合结构为耦合探针，且耦合探针的第一端与其对应的第一单级行波放大单元的输入端之间通过导体连接，耦合探针的第二端伸入所述顶板和所述底板之间；所述第二耦合结构为耦合探针，且耦合探针的第一端与其对应的第一单级行波放大单元的输出端之间通过导体连接，耦合探针的第二端伸入所述顶板和所述底板之间；其中：

当一排增益补偿结构中增益补偿单元的排列方向与所述TE波传播方向垂直时，每一个所述耦合探针的第二端形成一对称偶极子，且第一端与所述第一单级行波放大单元之间的导体具有18°巴伦结构；

当一排增益补偿结构中增益补偿单元的排列方向与所述TM波传播方向垂直时，每一个所述耦合探针的第二端形成环形结构。

结合上述第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，当一排增益补偿结构中增益补偿单元的排列方向与所述TE波传播方向垂直时，每一个耦合探针距离所述屏蔽结构的间距为所述TE波波长的四分之一；

当一排增益补偿结构中增益补偿单元的排列方向与所述TM波传播方向垂直时，每一个耦合探针距离所述屏蔽结构的间距为所述TM波波长的二分之一。

结合上述第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，当一排增益补偿结构中增益补偿单元的排列方向与所述TE波传播方向垂直时，相邻的两个耦合探针之间的间距小于等于所述TE波波长的二分之一；

当一排增益补偿结构中增益补偿单元的排列方向与所述TM波传播方向垂直时，相邻的两个耦合探针之间的间距小于等于所述TM波波长的二分之一。

结合上述第一方面，在第九种可能的实现方式中，所述顶板设有的多个泄漏用的辐射结构，包括：

所述顶板开设的多个矩形开槽，每一个所述辐射区内的矩形开槽阵列分布，且每一个矩形开槽中，任意相邻的两个侧壁中，一个侧壁与所述馈电结构激励产生的TM波传播方向垂直，另一个侧壁与所述馈电结构激励产生的TE波传播方向垂直；或者，

所述顶板开设的多个相互平行的长槽，且所述长槽的长度方向与所述馈电结构激励产生的TM波传播方向垂直，或者，所述长槽的长度方向与所述馈电结构激励产生的TE波传播方向垂直。

结合上述第一方面、第一种可能的实现方式、第二种可能的实现方式、第三种可能的实现方式、第四种可能的实现方式、第五种可能的实现方式、第六种可能的实现方式、第七种可能的实现方式、第八种可能的实现方式、第九种可能的实现方式，在第十种可能的实现方式中，每一个所述增益补偿单元中，每一排所述增益补偿单元具有的第一单级行波放大单元位于所述顶板背离所述底板的一侧，且所述顶板与每一个所述单级行波放大单元之间具有介质层，每一个所述单级行波放大单元的接地端通过接地线与所述顶板连接。

结合上述第一方面、第一种可能的实现方式、第二种可能的实现方式、第三种可能的实现方式、第四种可能的实现方式、第五种可能的实现方式、第六种可能的实现方式、第七种可能的实现方式、第八种可能的实现方式、第九种可能的实现方式，在第十一种可能的实现方式中，每一个所述增益补偿单元中，还包括第二单级行波放大单元；所述第二单级行波放大单元的输入端与所述第二耦合结构之间、以及所述第一单级行波放大单元的输出端与所述第二耦合结构之间设有开关结构，所述第二单级行波放大单元的输出端与所述第一耦合结构之间、所述第一单级行波放大单元的输入端与所述第一耦合结构之间设有开关结构；其中，

当所述开关结构和开关结构均处于第一状态时，所述第一单级行波放大单元的输入端与所述第一耦合结构连接，且输出端与所述第二耦合结构连接；

当所述开关结构和开关结构均处于第二状态时，所述第二单级行波放大单元的输出端与所述第一耦合结构连接，且输入端与所述第二耦合结构连接。

第二方面，提供一种无线设备，包括上述第一方面及其各种可能的实现方式中提供的任一种天线

上述第一方面提供的天线、以及第二方面提供的无线设备，上述天线中底板设有的馈电结构可以在天线的顶板和底板之间激励产生TE波和TM波，然后TE波与TM波通过顶板设有的辐射结构以漏波形式被辐射出去，天线具有的多排增益补偿结构中，每一个增益补偿单元具有的第一单级行波放大单元工作时，其输入端与屏蔽结构朝向馈电结构一侧的第一耦合结构连接，输出端与屏蔽结构背离馈电结构一侧的第二耦合结构连接，因此，第一单级行波放大单元工作时，每一排增益补偿结构两侧的辐射区中，第一耦合结构可以将距离馈电结构较近的辐射区对应的天线结构内的信号导入到第一单级行波放大单元中，以通过第一单级行波放大单元对已经衰减的信号幅度进行增益补偿，然后再通过第二耦合结构输入到距离馈电结构较远的辐射区对应的天线结构内。已经衰减了的信号在通过第一单级行波放大单元之后其衰减的信号幅度可以通过第一单级行波放大单元进行增益补偿，进而抑制了信号由于天线逐步漏波辐射导致的幅度逐步衰减这种削椎效应，因此，提高了天线的口径效率，提高了天线增益。

所以，本发明提供的天线能够提高天线的口径效率，提高天线的增益性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例提供的天线的结构示意图；

图2为本发明一种实施例提供的天线中增益补偿单元的结构示意图；

图3为本发明一种实施例提供的天线中增益补偿单元的原理示意图；

图4a～图4c为本发明提供的天线中增益补偿单元的几种分布结构示意图；

图5为本发明另一种实施例提供的天线中增益补偿单元的结构示意图；

图6为本发明一种实施例提供的天线中一种耦合结构的结构示意图；

图7为本发明另一种实施例提供的天线中一种耦合结构的结构示意图；

图8为图7所示结构的耦合结构的侧视图；

图9a～图9c为本发明一种实施例提供的天线中顶板设置的辐射结构的结构示意图；

图10为本发明一种实施例提供的天线中增益补偿单元具有分时双向增益补偿的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种天线及具有该天线的无线设备，该天线能够对天线顶板和底板之间的信号进行增益补偿，进而抑制了信号由于天线逐步漏波辐射导致的幅度逐步衰减这种削椎效应，提高了天线的口径效率，提高了天线增益。下面结合附图对上述天线及无线设备进行描述。

请参考图1、图2和图3，图1为本发明一种实施例提供的天线的结构示意图；图2为本发明一种实施例提供的天线中增益补偿单元的结构示意图；图3为本发明一种实施例提供的天线中增益补偿单元的原理示意图。

如图1所示，本发明实施例提供的天线包括：

本体，本体具有平行设置的顶板1和底板2，顶板1设有多个泄漏用的辐射结构11，底板2设有馈电结构21，馈电结构21用于信号激励，以在顶板1和底板2之间产生能够传播的TE波及TM波；

多排增益补偿结构12，多排增益补偿结构12将天线的本体划分为多个辐射区，每一个辐射区内包括一部分辐射结构，以图1所示的天线为例，如四排增益补偿结构122围成的辐射区a、位于四排增益补偿结构122和四排增益补偿结构121之间的辐射区b、以及位于四排增益补偿结构121之外的辐射区c。

以图1所示的天线结构、以及辐射区b和辐射区c之间的增益补偿单元121为例，具体地，每一排增益补偿结构121包括多个增益补偿单元，和沿多个增益补偿单元的排列方向延伸的屏蔽结构124，屏蔽结构124位于顶板1和底板2之间，以将辐射区b和辐射区c之间隔离，进而对辐射区b和辐射区c位于顶板1和底板2之间的信号通道隔断；其中，请结合图1参考图2，如图2所示，每一个增益补偿单元包括：

第一耦合结构123，第一耦合结构123位于屏蔽结构124朝向馈电结构21一侧，且第一耦合结构123的至少一部分位于顶板1和底板2之间；

第二耦合结构125，第二耦合结构125位于屏蔽结构124背离馈电结构21一侧，且第二耦合结构125的至少一部分位于顶板1和底板2之间；

第一单级行波放大单元126，第一单级行波放大单元126工作时，其输入端与第一耦合结构123连接，且输出端与第二耦合结构125连接。优选地，第一单级行波放大单元126位于本体的外侧。

上述天线中，底板2设有的馈电结构21可以在天线的顶板1和底板2之间激励产生TE波和TM波，然后TE波与TM波通过顶板1设有的辐射结构11以漏波形式被辐射出去；继续以图2所示结构的增益补偿单元为例，请结合图2和图3，天线具有的多排增益补偿结构12中，每一个增益补偿单元具有的第一单级行波放大单元126工作时，其输入端与屏蔽结构124朝向馈电结构21一侧的第一耦合结构123连接，输出端与屏蔽结构124背离馈电结构21一侧的第二耦合结构125连接，因此，第一单级行波放大单元126工作时，辐射区b和辐射区c中，第一耦合结构123可以将距离馈电结构21较近的辐射区b对应的天线结构内的信号导入到第一单级行波放大单元126中，以通过第一单级行波放大单元126对已经衰减的信号幅度进行增益补偿，然后再经过第二耦合结构125输入到距离馈电结构21较远的辐射区c对应的天线结构内。已经衰减了的信号在通过第一单级行波放大单元126之后其衰减的信号幅度可以通过第一单级行波放大单元126进行增益补偿，进而抑制了信号由于天线逐步漏波辐射导致的幅度逐步衰减这种削椎效应，由此提高了天线的口径效率以及天线增益。

所以，本发明提供的天线能够提高天线的口径效率和天线的增益。

一种实施例中，天线具有的顶板1为具有左手材料、或右手材料结构的金属板；底板2为良导体金属、或者具有左手材料或右手材料结构的金属板。顶板1和底板2采用金属左手材料或者金属右手材料制备，能够对辐射波形进行灵活控制，以能够实现对特定波束以及从边射到端射的扫描波束的控制。

一种实施例中，天线具有的顶板1和底板2之间填充有空气，且顶板1与底板2之间设有支撑结构，该支撑结构支撑于顶板1与底板2之间；或者，

顶板1与底板2之间设有介质层，这样在实际生产中可以采用低成本的PCB工艺制备上述天线，以降低天线的设备成本。

一种实施例中，请结合图1参考图4a～图4c，多排增益补偿单元12中：

如图4a和图4c所示，至少一排增益补偿结构12中的增益补偿单元的排列方向与馈电结构21激励产生的TE波传播方向E1和E2垂直，且至少一排增益补偿结构12中的增益补偿单元的排列方向与馈电结构21激励产生的TM波传播方向M1和M2垂直；或者，

每一排增益补偿结构12的增益补偿单元的排列方向与馈电结构激励产生的TE波传播方向E1和E2垂直；或者，

如图4b所示，每一排增益补偿结构12的增益补偿单元的排列方向与馈电结构激励产生的TM波传播方向M1和M2垂直。

如图1和图4a所示，一种优选实施方式中，当多排增益补偿单元12中，至少一排增益补偿结构12中的增益补偿单元的排列方向与馈电结构21激励产生的TE波传播方向E1和E2垂直，且至少一排增益补偿结构12中的增益补偿单元的排列方向与馈电结构21激励产生的TM波传播方向M1和M2垂直时，上述多排增益补偿单元12形成至少一个环形增益补偿结构，如图1中所示的四排增益补偿单元121形成的环形增益补偿结构，和四排增益补偿单元122形成的环形增益补偿结构，其中：

每一个环形增益补偿结构包括两排增益补偿单元的排列方向与TE波传播方向垂直的增益补偿结构12，和两排增益补偿单元的排列方向与与TM波传播方向垂直的增益补偿结构12，馈电结构21在底板2背离顶板1一面的投影位于环形增益结构在底板1背离顶板2一面的投影围成的区域内。如图1中所示，馈电结构21在底板1背离顶板2一面的投影位于辐射区a在底板1背离顶板2一面的投影内。

另一种优选实施方式中，如图2所示，每一排增益补偿单元12中，第一耦合结构123和第二耦合结构125之间为无源互易结构。

进一步地，请结合图5参考图6和图7，每一个增益补偿单元中，第一耦合结构123为耦合探针，如图7中所示的耦合探针1231，耦合探针1231的第一端与其对应的第一单级行波放大单元126的输入端之间通过导体127连接，且耦合探针1231的第二端伸入顶板1和底板2之间；第二耦合结构125为耦合探针，如图6中所示的1251，每一个耦合探针1251的第一端与其对应的第一单级行波放大单元126的输出端之间通过导体128连接，且第二端伸入顶板1和底板2之间。

其中，如图6所示，当一排增益补偿结构12中增益补偿单元的排列方向与馈电结构21激励产生的TE波传播方向垂直时，如图6中所示，与该排增益补偿单元对应的每一个耦合探针1231和耦合探针1251的第二端形成对称偶极子，且耦合探针1231的第一端与第一单级行波放大单元126之间的导体127具有180°巴伦结构，且耦合探针1251的第一端与第一单级行波放大单元126之间的导体128具有180°巴伦结构；因电场方向平行于天线板，对称偶极子上的感应电流反向需要经过180°巴伦结构实现合并。

如图7所示，当一排增益补偿结构12中的增益补偿单元的排列方向与馈电结构21激励产生的TM波传播方向垂直时，如图7中所示，与该排增益补偿单元对应的每一个耦合探针1231和耦合探针1251的第二端形成环形结构。

更近一步地，如图6所示，当一排增益补偿结构12中的增益补偿单元的排列方向与馈电结构21激励产生的TE波传播方向E1和E2垂直时，每一个耦合探针1231和耦合探针1251距离屏蔽结构124的间距d为TE波波长的四分之一，因为此处为TE波的电场强度最强处。

如图7和图8所示，当一排增益补偿结构12中的增益补偿单元的排列方向与馈电结构21激励产生的TM波传播方向垂直时，每一个耦合探针1231以及耦合探针1251距离屏蔽结构124的间距D为TM波波长的二分之一，因为此处为TM波的磁场最强处。

更近一步地，当一排增益补偿结构12中的增益补偿单元的排列方向与馈电结构21激励产生的TE波传播方向垂直时，相邻的两个耦合探针之间的间距小于等于TE波波长的二分之一，以避免高次模传播；

当一排增益补偿结构12中的增益补偿单元的排列方向与馈电结构21激励产生的TM波传播方向垂直时，相邻的两个耦合探针之间的间距小于等于TM波波长的二分之一，以避免高次模传播。

一种实施例中，请参考图9a～图9c，顶板1设有的多个泄漏用的辐射结构11，包括：

如图9a所示，辐射结构11可以为顶板1开设的多个矩形开槽，每一个辐射区内的矩形开槽阵列分布，且每一个矩形开槽中，任意相邻的两个侧壁中，一个侧壁与馈电结构21激励产生的TM波传播方向垂直，另一个侧壁与馈电结构21激励产生的TE波传播方向垂直；或者，

如图9b和图9c所示，辐射机构11还可以为顶板1开设的多个相互平行的长槽，长槽的长度方向与馈电结构21激励产生的TE波传播方向垂直；或者如图9c所示，长槽的长度方向与馈电结构21激励产生的TM波传播方向垂直。

一种实施例中，请参考图2和图5，上述多排增益补偿结构12中，每一排增益补偿结构12具有的第一单级行波放大单元126位于顶板1背离底板2的一侧，且顶板1与每一个单级行波放大单元126之间具有介质层3，每一个第一单级行波放大单元126的接地端通过接地线1261与顶板1连接，以实现第一单级行波放大单元126的接地。介质层3可以仅仅设置在第一单级行波放大单元126与顶板1之间，如图2所示；介质层3还可以覆盖顶板1背离底板2的侧面，如图5所示。当然，第一单级行波放大单元126还可以形成于上述背板2背离顶板1的一侧，具体结构这里不再赘述。

请参考图10，一种实施例中，每一个增益补偿单元还包括第二单级行波放大单元129；第二单级行波放大单元129的输入端与第二耦合结构125之间、以及第一单级行波放大单元126的输出端与第二耦合结构125之间设有开关结构130，第二单级行波放大单元129的输出端与第一耦合结构123之间、第一单级行波放大单元的输入端与第一耦合结构123之间设有开关结构131；其中，

当开关结构130和开关结构131均处于第一状态时，第一单级行波放大单元126的输入端与第一耦合结构123连接，且输出端与第二耦合结构125连接；

当开关结构130和开关结构131均处于第二状态时，第二单级行波放大单元129的输出端与第一耦合结构123连接，且输入端与第二耦合结构125连接。

上述结构的天线中，每一个增益补偿单元中的第一单级行波放大单元126和第二单级行波放大单元129并排设置，且通过两个开关130相互连接，第一单级行波放大单元126和第二单级行波放大单元129之间可以实现分时控制，且由于第一单级行波放大单元126与第二单级行波放大单元129的放大方向相反，对应的信号流向相反，进而使天线实现分时双向通信的作用。

一种实施例中，天线底板2设置的馈电结构可以有多种结构，如：

同轴线馈电结构；或者，

波导馈电结构，如矩形波导馈电结构，矩形波导的尺寸为对应工作频段的标准波导即可，同样为了能够使矩形波导最大程度的激励起对应的TE波及TM波，其放置方法要求矩形波导的长边与TE波的传播方向相同，短边与TM波的传播方向相同，矩形波导的波导口面与底板2平行并位于底板2的下方，在底板2上开设与矩形波导的波导口同样大小的矩形口、以将矩形波导的信号引入到天线中，进而实现对天线的馈电；或者，

电偶极子馈电结构，电偶极子的长度通常为半个波长，为了使电偶极子能够最大程度的激励起对应的TE波及TM波，电偶极子的放置方法为：电偶极子的方向与底板2平行、且与TM波的传播方向平行，电偶极子双馈线的方向垂直于底板2且并位于底板2的下方，通过在底板2设置的开孔使得电偶极子能够置于天线内部从而实现对天线的馈电；或者，

或者折叠电偶极子馈电结构；或者，

磁偶极子馈电结构，馈电结构为底板2上开设的缝隙槽馈电结构，缝隙的长度大约为半个工作波长，为了使波导能够最大程度的激励起对应的TE波及TM波，其放置方法要求：缝隙的长边与TE波的传播方向相同，缝隙可以通过在底板2下方开缝得到，通过缝隙耦合将波导信号耦合到天线主结构之中。

另一方面，本发明实施例还提供了一种无线设备，包括上述各实施例及其实施方式中提供的天线。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。