相控阵天线、射频无线电路及5G移动设备的制作方法

相控阵天线、射频无线电路及5g移动设备
技术领域
1.本发明涉及通信的技术领域，特别是涉及一种相控阵天线、射频无线电路及5g移动设备。


背景技术：

2.5g作为一种新型移动通信网络，不仅要解决人与人通信，为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清视频等更加身临其境的极致体验，更要解决人与物，物与物通信问题，以满足移动医疗、车联网、智能家居、工艺控制或环境监测等物联网应用需求。5g将渗透到经济社会的各行业领域，成为支撑经济社会数字化、网络化及智能化转型的关键的新型基础设施。
3.毫米波波段信号的传输极具挑战性，由于毫米波由于它的高频段会产生更高的路径损耗且绕射能力较弱，非常容易被阻挡，使毫米波是不可能应用于5g 移动设备的，因此，毫米波在应用时必须由非常高的增益来弥补这一损耗。传统的毫米波模组天线包括毫米波射频模组及超材料结构，超材料结构的超材料是一类具有特殊性质的人造材料，这些材料是自然界没有的，超材料拥有实现对透射波和反射波的幅度和相位进行控制的特别的性质。透射系数、电磁波入射角及介质材料的折射率都有一定的关系，其中超材料的有效介电常数小于或等于0。超材料可以将入射的球面波在透射方向进行汇聚形成平面波束，提高远场增益，同时超材料通过控制透射波的相位可以实现宽角度的扫描。
4.然而，随着电子产品的集成度的增加，应用于5g移动设备与服务器通信的毫米波模组的尺寸越来越小，这样使得相控阵天线的尺寸也越来越小。例如中国专利cn216251089u所公开的毫米波射频模组加载超材料结构的组合天线，其超材料结构采用平面结构；又如中国专利cn114824832a公开了一种毫米波高增益的贴片天线阵列，二者所需安装的空间区域较大，且随着相控阵天线的尺寸越小，相控阵天线的辐射口径就越小，导致相控阵天线的增益越低，进而减小了相控阵天线相应的相位扫描的角度。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服相控阵天线的增益较低及相位扫描的角度较小的问题，提供一种相控阵天线、射频无线电路及5g移动设备。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
7.一种相控阵天线，包括：
8.毫米波射频模组，设有至少一毫米波射出面；
9.弧形超材料结构，所述弧形超材料结构形成有至少一弧形凹面，每一所述弧形凹面与相应的所述毫米波射出面正对设置。
10.一种射频无线电路，包括上述任一实施例所述的相控阵天线。
11.一种5g移动设备，包括外壳及上述任一实施例所述的射频无线电路，所述毫米波射频模组及所述弧形超材料结构均固定于所述外壳内。
12.与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
13.1、上述的相控阵天线，超材料结构的折射特征增加了相控阵天线正上方即 0度方向的增益，加上弧形超材料结构形成有至少一弧形凹面，每一弧形凹面与相应的毫米波射出面正对设置，相控阵天线进行波束扫描时，斜入射的波垂直入射到弧形超材料结构的弧面上，由于垂直入射的波损耗最小，所以相对比平面结构的超材料结构，弧形超材料结构在增加相控阵天线的增益的同时还增加了相控阵天线的扫描角度，如此减小了相控阵天线的扫描损耗；
14.2、上述的相控阵天线，射频无线电路的毫米波射频模组及弧形超材料结构均可固定于外壳内，由于弧形超材料结构形成有至少一弧形凹面，使弧形超材料结构较好地与5g移动设备的外壳的外形结构相匹配，如此使相阵控天线在同等增益效果条件下所需的空间较小，进而使相控阵天线更好地适配电子产品的集成度的增加的需要。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
16.图1为一实施例的相控阵天线的示意图；图2为图1所示的相控阵天线的另一视角的示意图；图3为图1所示的相控阵天线的爆炸图；图3a为图1所示的相控阵天线的相控阵天线的扫描角度的示意图；图4为另一实施例的相控阵天线的示意图；图5为图4所示相控阵天线的爆炸示意图；图6为再一实施例的相控阵天线的示意图；图6a为图6所示相控阵天线的爆炸图；图7为再一实施例的相控阵天线的示意图；图8为再一实施例的相控阵天线的示意图；图8a 为图8所示相控阵天线的爆炸图；图9为又一实施例的相控阵天线的示意图；
17.图10为图9所示相控阵天线的局部示意图；图11a至图11h分别为相控阵天线的弧形超材料结构的弧形金属图形层的金属单元结构的各种形式的示意图；图 12为一实施例的5g移动设备的示意图；图13为另一实施例的5g移动设备的示意图；图14为又一实施例的相控阵天线的示意图；图15a为一实施例的1x4 相控阵天线加载弧形超材料结构时phi＝90度的切面的辐射方向图；图15b为传统的1x4相控阵天线加载平面超材料结构时phi＝90度的切面的辐射方向图；图 16a为一实施例的1x4相控阵天线加载超材料结构时覆盖的三维辐射方向图；图 16b为传统的1x4相控阵天线加载超材料结构时覆盖的三维辐射方向图。
具体实施方式
18.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固定于”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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
19.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
20.本技术提供一种相控阵天线，包括毫米波射频模组及弧形超材料结构，毫米波射频模组设有至少一毫米波射出面；所述弧形超材料结构形成有至少一弧形凹面，每一所述弧形凹面与相应的所述毫米波射出面正对设置。
21.上述的相控阵天线，由于弧形超材料结构形成有至少一弧形凹面，每一弧形凹面与相应的毫米波射出面正对设置，超材料结构的折射特征即非正有效介电常数的特征增加了相控阵天线正上方即0度方向的增益，加上弧形超材料结构形成有至少一弧形凹面，每一弧形凹面与相应的毫米波射出面正对设置，相控阵天线进行波束扫描时，斜入射的波垂直入射到弧形超材料结构的弧面上，由于垂直入射的波损耗最小，所以相对比平面结构的超材料结构，弧形超材料结构在增加相控阵天线的增益的同时还增加了相控阵天线的扫描角度，如此减小了相控阵天线的扫描损耗；上述的相控阵天线，射频无线电路毫米波射频模组及弧形超材料结构均可固定于外壳内，由于弧形超材料结构形成有至少一弧形凹面，使弧形超材料结构较好地与 5g移动设备的外壳的外形结构相匹配，如此使相阵控天线在同等增益效果条件下所需的空间较小，进而使相控阵天线更好地适配电子产品的集成度的增加的需要。
22.为更好地理解本技术的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例对本技术做进一步地详细说明：
23.如图1至图3a所示，一实施例的相控阵天线100包括毫米波射频模组110及弧形超材料结构120。毫米波射频模组110设有至少一毫米波射出面。弧形超材料结构120形成有至少一弧形凹面121，每一弧形凹面与相应的毫米波射出面正对设置，相控阵天线进行波束扫描时，斜入射的波垂直入射到弧形超材料结构的弧面上，由于垂直入射的波损耗最小，所以相对比平面结构的超材料结构，弧形超材料结构在增加相控阵天线的增益的同时还增加了相控阵天线的扫描角度，如此减小了相控阵天线的扫描损耗。每一弧形凹面与相应的毫米波射出面正对设置，使毫米波射频模组110产生的球面波在透射方向进行汇聚形成平面波束，提高远场增益，同时超材料通过控制透射波的相位可以实现宽角度的扫描，同时使弧形超材料结构120 与外壳200的外形结构相匹配。
24.上述的相控阵天线100，超材料结构的折射特征即非正有效介电常数的特征增加了相控阵天线正上方即0度方向的增益，加上弧形超材料结构形成有至少一弧形凹面，每一弧形凹面与相应的毫米波射出面正对设置，相控阵天线进行波束扫描时，斜入射的波垂直入射到弧形超材料结构的弧面上，由于垂直入射的波损耗最小，所以相对比平面结构的超材料结构，弧形超材料结构在增加相控阵天线的增益的同时还增加了相控阵天线的扫描角度，如此减小了相控阵天线的扫描损耗；上述的相控阵天线100，射频无线电路毫米波射频模组110及弧形超材料结构120均可固定于外壳200内，由于弧形超材料结构120形成有至少一弧形凹面，使弧形超材料结构120较好地与5g移动设备10的外壳200的外形结构相匹配，如此使相阵控天线在同等增益效果条件下所需的空间较小，进而使相控阵天线100更好地适配电子产品的集成度的增加的需要。
25.如图1及图3所示，在其中一个实施例中，弧形超材料结构120包括弧形介质基板122及两个弧形金属图形层124，其中一个弧形金属图形层124成型于弧形介质基板122的一面，另外一个弧形金属图形层 124成型于弧形介质基板122的另一面，即，两个弧形金属图形层124分别成型于弧形介质基板122的相对两侧面，亦即是，两个弧形金属图形层124分别成型于弧形介质基板122的相对两侧面。
26.如图1及图3所示，在其中一个实施例中，弧形介质基板122及两个弧形金属图形层124为一体成型结构，使弧形超材料结构120的结构较紧凑，同时使两个弧形金属图形层124可靠地固定于弧形介质基板 122。在本实施例中，两个弧形金属图形层124于弧形介质基板122的两面一体成型设置，即两个弧形金属图形层124于弧形介质基板122的两面一体共形设置。具体地，弧形超材料结构120包括弧形介质基板 122以及与弧形介质基板122正反两面共形的两个弧形金属图形层124。图2为相控阵毫米波模组天线加载弧形超材料结构120的俯视图。可以理解，弧形凹面121不仅限于为向上凸起形成的凹面结构，如图4 至图5所示，还可以为向下凸起形成的凹面结构。
27.在其中一个实施例中，每一弧形金属图形层124通过lds(laser-direct-structuring，激光成型技术) 工艺、fpc(柔性电路板)工艺、lcp(liquid crystal polymer，工业化液晶聚合物)工艺、mpi(改性聚酰亚胺)工艺、陶瓷工艺或者金属网格工艺成型于弧形介质基板122。例如，每一弧形金属图形层124为软性材料层，每一弧形金属图形层124粘贴于弧形介质基板122。进一步地，每一弧形金属图形层124先通过mpi工艺、lcp工艺或fpc工艺成型形成半成品，再将半成品进行金属图形绘制工艺。更进一步地，半成品可以为软性基板材料层或薄膜材料层。
28.可以理解，在其他实施例中，每一弧形金属图形层124不仅限于先通过mpi工艺、lcp工艺或fpc 工艺成型形成半成品。例如，每一弧形金属图形层124还可以先通过金属网格工艺形成弧形金属层。每一弧形金属图形层124不仅限为软性材料层，例如，每一弧形金属图形层124还可以为金属网格结构件层，金属网格结构件层可以为铜网格结构件层或铝网格结构件层。
29.在其中一个实施例中，弧形介质基板122的数目为多个，多个弧形介质基板122层叠设置，每一层超材料结构可以设计为不同的频率，从而在增加相控阵天线的增益和扫描角度的同时还可以增加频带带宽。
30.在其中一个实施例中，多个弧形介质基板122压合而成，使多个弧形介质基板122可靠地层叠固定连接。在本实施例中，多个弧形介质基板122通过压合工艺压合而成。
31.在其中一个实施例中，每一弧形介质基板122的材料为塑料、陶瓷或玻璃中的至少一种。在其中一个实施例中，相邻两个弧形介质基板122的材料相同或不同。在本实施例中，相邻两个弧形介质基板122的材料相同，且每一弧形介质基板122的材料为塑料。可以理解，在他实施例中，相邻两个弧形介质基板122 的材料还可以不相同。
32.在其中一个实施例中，每一弧形金属图形层124的数目为多个，进一步地增加了相控阵天线100的增益，进而增加了相控阵天线100的扫描角度，如此减小了相控阵天线100的扫描损耗。数目为多个
33.如图2及图3所示，在其中一个实施例中，每一弧形金属图形层124为多个周期分布的金属单元结构 124a，即每一弧形金属图形层124的金属图形为多个周期分布的金属单元
结构124a。在本实施例中，每一弧形金属图形层124的多个金属单元结构124a在弧形平面内呈矩形阵列分布。具体地，每一弧形金属图形层124的多个金属单元结构124a均匀分布，使相控阵天线100的每个位置均具有较为均匀的折射率及折射系数。
34.可以理解，在其他实施例中，每一弧形金属图形层124的多个金属单元结构124a不仅限于在弧形平面内呈矩形阵列分布。如图6至图8a所示，例如，每一弧形金属图形层124的多个金属单元结构124a在弧形平面内呈环形阵列分布，具体地，每一弧形金属图形层124的多个金属单元结构124a呈m个同心圆形分布，m为大于或等于1的整数，且每一圆形分布的金属单元结构124a的数目不相等。进一步地，每一圆形分布的金属单元结构124a的间距不相等。又如，进一步地，同一圆形分布的金属单元结构124a的间距不相等，即同一圆形分布的金属单元结构124a不等间距设置，可根据实际的需要进行灵活设置。
35.在其中一个实施例中，每一金属单元结构124a的尺寸为1/15λ～1/10λ，使相控阵天线100具有较好的折射率。由于弧形超材料结构120形成有至少一弧形凹面，即弧形超材料结构120为弧形结构，每一弧形凹面与相应的毫米波射出面正对设置，使电磁波斜入射时等效入射角变小，且相应的投射系数更大，进而使相控阵天线100的扫描角度更大。
36.在其中一个实施例中，相邻两个金属单元结构124a的间距为1/10λ～1/5λ，使相控阵天线100具有较好的投射系数。由于弧形超材料结构120形成有至少一弧形凹面，即弧形超材料结构120为弧形结构，每一弧形凹面与相应的毫米波射出面正对设置，使电磁波斜入射时等效入射角变小，且相应的投射系数更大，进而使相控阵天线100的扫描角度更大。
37.需要说明的是，不同的金属单元结构124a的尺寸对应于不同的折射率，而不同的金属单元结构124a 的间距对应于不同的透射系数。在电磁波斜入射时，入射角越大透射系数越低，而弧形介质基板122为弧形结构使电磁波的等效入射角变小，相应的透射系数更大，相控阵天线100的扫描角度更大。
38.如图9所示，在其中一个实施例中，弧形超材料结构120的数目为多个，多个弧形超材料结构120层叠设置，即相邻两个弧形超材料结构120的其中一个弧形超材料结构120的弧形金属图形层124与另外一个弧形超材料结构120的弧形金属图形层124层叠抵接设置，使相控阵天线100具有更大的增益，加上了弧形超材料结构120形成有至少一弧形凹面，即弧形超材料结构120为弧形结构，每一弧形凹面与相应的毫米波射出面正对设置，相控阵天线进行波束扫描时，斜入射的波垂直入射到弧形超材料结构的弧面上，由于垂直入射的波损耗最小，所以相对比平面结构的超材料结构，弧形超材料结构在增加相控阵天线的增益的同时还增加了相控阵天线的扫描角度，如此减小了相控阵天线的扫描损耗。
39.如图9及图10所示，其中图10仅示出设置金属单元结构124a的弧形介质基板的局部示意图，在其中一个实施例中，多个弧形超材料结构120的每一弧形金属图形层124的每一金属单元结构124a的尺寸相异设置，即任意相邻两个弧形超材料结构120的弧形金属图形层124的每一金属单元结构124a的尺寸不同，由于不同的金属单元结构124a的尺寸对应于不同的折射率，使每一弧形金属图形层124更好地实现多个不同相位角的覆盖，实现相控阵天线100的较宽的相位角覆盖，进而实现相控阵天线100的较宽角度的扫描，加上相控阵天线100的弧形超材料结构120形成有至少一弧形凹面，即弧形超材料结构120为弧形结构，且每一弧形凹面与相应的毫米波射出面正对设置，相控阵天线进行波束扫描时，斜入射的波垂直入射到弧形超材料结构的弧面上，由于垂直入射的波损耗最小，所以相对比平面结
构的超材料结构，弧形超材料结构在增加相控阵天线的增益的同时还增加了相控阵天线的扫描角度，如此减小了相控阵天线的扫描损耗。
40.如图9及图10所示，在其中一个实施例中，多个弧形超材料结构120的每一弧形金属图形层124的金属单元结构124a的尺寸沿层叠方向依次递增或递减，使多层弧形超材料结构120的每一弧形金属图形层124的每一金属单元结构124a的尺寸相异设置，进而使每一弧形超材料结构120的每一弧形金属图形层124的金属单元结构124a均能够更好地沿层叠方向层叠设置，同时使每一弧形超材料结构120的每一弧形金属图形层124的金属单元结构124a均能够更好地实现多个不同相位角的覆盖，实现相控阵天线100 的较宽的相位角覆盖，进而实现相控阵天线100的较宽角度的扫描。在本实施例中，位于同一弧形超材料结构120的每一弧形金属图形层124的多个金属单元结构124a的尺寸相等，多个弧形超材料结构120的每一弧形金属图形层124的多个金属单元结构124a一一对应设置，多个弧形超材料结构120的每一弧形金属图形层124的每一金属单元结构124a一一对应层叠设置，相邻两个弧形超材料结构120的每一弧形金属图形层124的每一金属单元结构124a沿层叠方向依次增大或减小，即，相邻两个弧形超材料结构120 的每一弧形金属图形层124在同一弧形面上的投影不重叠，由于不同尺寸的金属单元结构124a对应具有不同的折射率，且不同间距的金属单元结构124a对应于不同的透射系数，如此实现多个不同相位角的覆盖，进而实现相控阵天线100具有较宽的相位角覆盖，同时实现相控阵天线100的较宽角度的扫描。当然，在其他实施例中，每一层弧形超材料结构120的每一弧形金属图形层124的金属单元结构124a的尺寸相等。
41.如图11a所示，进一步地，每一金属单元结构124a呈弯折状，每一金属单元结构124a包括依次连接的第一端部1242、弯折连接部1244及第二端部1246，弯折连接部呈u型，使每一金属单元结构124a围成半封闭的凸筋结构，进而使每一金属单元结构124a具有较好的折射角度。在本实施例中，弯折连接部为一个。可以理解，在其他实施例中，弯折连接部不仅限为一个。例如，弯折连接部可以为两个，两个弯折连接部的相邻的一端相连接，且两个弯折连接部的开口错开设置。如图11b所示，又如，每一金属单元结构124a包括两个金属单元结构单体1241，每一金属单元结构单体1241包括第一端部、弯折连接部及第二端部，其中一个金属单元结构单体1241环绕另外一个金属单元结构单体1241设置。可以理解，在其他实施例中，每一金属单元结构124a不仅限于具有开口结构。例如，每一金属单元结构124a呈圆环状或圆形状或矩形状或网格状。当然，在其他实施例中，每一金属单元结构124a也不仅限于具有弯折连接部结构，例如，每一金属单元结构124a呈工字型或十字型。
42.在其中一个实施例中，弧形超材料结构120包括多层弧形介质基板122以及多层弧形金属图形层124。弧形介质基板122可以为5g移动设备10的外壳200，弧形介质基板122材料可以为塑料、陶瓷或玻璃等。弧形超材料结构120的每一弧形金属图形层124的成型工艺可以通过lds、fpc、lcp、mpi、陶瓷或者金属网格等工艺来实现。在其中一个实施例中，弧形超材料结构120的每一弧形金属图形层124通过金属网格工艺成型而成，即每一弧形金属图形层124为金属网格结构件，金属网格结构件的材料可以为铜或铝等。当然，在其他实施例中，弧形超材料结构120的每一弧形金属图形层124也可以采用软性基板材料如 mpi、lcp、fpc或者透明的薄膜材料，软性基板材料在完成金属图形绘制后再表贴于弧形介质基板122 的表面。每一弧形金属图形层124为多个周期分布的金属单元结构124a，图11a至图11h为不
同形状的金属单元结构124a。如图9至图10所示，进一步地，弧形超材料结构120采用五层金属图形结构，五层弧形金属层的金属图形的尺寸均不同，即五层弧形金属层的金属单元结构124a的尺寸均不同，不同尺寸的金属单元结构124a对应于不同的折射率，不同间距的金属单元结构124a对应于不同的透射系数，如此实现宽相位角覆盖，从而可以实现宽的角度扫描。
43.在本实施例中，毫米波射出面的数目及弧形凹面的数目均为一个。可以理解，在其他实施例中，毫米波射出面的数目及弧形凹面的数目不仅限于为一个。在其中一个实施例中，毫米波射出面的数目及弧形凹面的数目均为多个，多个毫米波射出面与多个弧形凹面一一对应设置，相控阵天线进行波束扫描时，斜入射的波垂直入射到弧形超材料结构的弧面上，由于垂直入射的波损耗最小，弧形超材料结构在增加相控阵天线的增益的同时还增加了相控阵天线的扫描角度，如此进一步地减小了相控阵天线100的扫描损耗。
44.如图14所示，在其中一个实施例中，弧形超材料结构120呈波浪状，使相控阵天线100具有较好的扫描角度，同时减小了相控阵天线100的扫描损耗，并使相控阵天线100的形状具有较好的适用性。
45.如图14所示，进一步地，弧形超材料结构120包括依次连接的第一弧形曲面部120a、中间平面部120b 及第二弧形曲面部120c，第一弧形曲面部及第二弧形曲面部对称连接于中间平面部的两边，使毫米波射频模组110产生的球面波在透射方向进行汇聚形成平面波束，提高远场增益，同时通过控制透射波的相位可以实现宽角度的扫描，进而增加了相控阵天线100的增益，进而增加了相控阵天线100的扫描角度，如此减小了相控阵天线100的扫描损耗。在本实施例中，第一弧形曲面部及第二弧形曲面部均朝中间平面部的同一侧弯曲。
46.进一步地，毫米波射频模组110为5g毫米波相控阵射频模组qtm525或5g毫米波相控阵射频模组 qtm527，使相控阵天线100能够较好地传送射频信号。可以理解，在其他实施例中，毫米波射频模组110 不仅限为5g毫米波相控阵射频模组qtm525或5g毫米波相控阵射频模组qtm527。例如，毫米波射频模组110还可以为60ghzwigig射频模组、60ghz雷达手势识别模组或介质谐振天线射频模组等。
47.本技术还提供一种射频无线电路，包括上述任一实施例的相控阵天线100。在一实施例中，相控阵天线100包括毫米波射频模组110及弧形超材料结构120。毫米波射频模组110设有至少一毫米波射出面。弧形超材料结构120形成有至少一弧形凹面。每一弧形凹面与相应的毫米波射出面正对设置，使毫米波射频模组110产生的球面波在透射方向进行汇聚形成平面波束，提高远场增益，同时超材料通过控制透射波的相位可以实现宽角度的扫描，同时使弧形超材料结构120与外壳200的外形结构相匹配。
48.上述的射频无线电路，超材料结构的折射特征增加了相控阵天线正上方即0度方向的增益，加上弧形超材料结构形成有至少一弧形凹面，每一弧形凹面与相应的毫米波射出面正对设置，相控阵天线进行波束扫描时，斜入射的波垂直入射到弧形超材料结构的弧面上，由于垂直入射的波损耗最小，所以相对比平面结构的超材料结构，弧形超材料结构在增加相控阵天线的增益的同时还增加了相控阵天线的扫描角度，如此减小了相控阵天线的扫描损耗；上述的相控阵天线100，射频无线电路毫米波射频模组110及弧形超材料结构120均可固定于外壳200内，由于弧形超材料结构120形成有至少一弧形凹面，使弧形超材料结
构 120较好地与5g移动设备10的外壳200的外形结构相匹配，如此使相阵控天线在同等增益效果条件下所需的空间较小，进而使相控阵天线100更好地适配电子产品的集成度的增加的需要。
49.在其中一个实施例中，相控阵天线100的频段为10ghz～300ghz，加上弧形超材料结构120形成有至少一弧形凹面，即弧形超材料结构120为弧形结构，每一弧形凹面与相应的毫米波射出面正对设置，使相控阵天线100具有较好的增益和扫描角度，使相控阵天线100更好地适配电子产品的集成度的增加的需要。
50.如图12所示，本技术还提供一种5g移动设备10，包括外壳200及上述任一实施例的射频无线电路，毫米波射频模组110及弧形超材料结构120均固定于外壳200内。在一实施例中，射频无线电路包括相控阵天线100，相控阵天线100包括毫米波射频模组110及弧形超材料结构120。毫米波射频模组110设有至少一毫米波射出面。弧形超材料结构120形成有至少一弧形凹面。每一弧形凹面与相应的毫米波射出面正对设置，使毫米波射频模组110产生的球面波在透射方向进行汇聚形成平面波束，提高远场增益，同时超材料通过控制透射波的相位可以实现宽角度的扫描，同时使弧形超材料结构120与外壳200的外形结构相匹配。
51.上述的5g移动设备10，毫米波射频模组110及弧形超材料结构120均固定于外壳200内，超材料结构的折射特征增加了相控阵天线正上方即0度方向的增益，弧形超材料结构形成有至少一弧形凹面，每一弧形凹面与相应的毫米波射出面正对设置，相控阵天线进行波束扫描时，斜入射的波垂直入射到弧形超材料结构的弧面上，由于垂直入射的波损耗最小，所以相对比平面结构的超材料结构，弧形超材料结构在增加相控阵天线的增益的同时还增加了相控阵天线的扫描角度，如此减小了相控阵天线的扫描损耗；上述的相控阵天线100，射频无线电路毫米波射频模组110及弧形超材料结构120均可固定于外壳200内，由于弧形超材料结构120形成有至少一弧形凹面，使弧形超材料结构120较好地与5g移动设备10的外壳200 的外形结构相匹配，如此使相阵控天线在同等增益效果条件下所需的空间较小，进而使相控阵天线100更好地适配电子产品的集成度的增加的需要。
52.可以理解，在一个实施例中，5g移动设备可以是手机终端或cpe(customer premise equipment，客户前置设备)或微基站或远程系统无线设备等。
53.如图12及图13所示，在其中一个实施例中，毫米波射频模组110可以位于外壳200的不同位置，如 5g移动设备10的上方(如图12所示)或者侧面图(如图13所示)。弧形超材料结构120加载在射频模组的天线阵列辐射方向的正上方。弧形超材料结构120包括弧形介质基板122以及弧形介质基板122上的弧形金属图形层124。弧形介质基板122可以为单层弧形介质基板122，也可以是由多层相同材料的弧形介质基板122压合而成，或者是由多层不同材料的弧形介质基板122压合而成。弧形介质基板122上的弧形金属图形层124也可以是单层金属图形，也可以是多层金属图形。
54.进一步地，毫米波射频模组110呈弧形状或平面状，弧形超材料结构120用于与共形相控阵结构类的毫米波射频模组110适配，即弧形超材料结构120与共形相控阵结构类的毫米波射频模组110相适配，同时使相控阵天线具有较好的增益，进而提高了相控阵天线的扫描角度，相比于传统的平面超材料结构，本技术的相控阵天线具有较好的适用性，同时具有较宽的扫描角度及较高的扫描增益，进而使相控阵天线具有更广阔的可覆盖范围。
55.在其中一个实施例中，外壳200内凸设有结构固定件，毫米波射频模组110及弧形
超材料结构120均固定于结构固定件上，使毫米波射频模组110及弧形超材料结构120均固定于外壳200内，同时使毫米波射频模组110及弧形超材料结构120之间存在预设间隙。可以理解，在其他实施例中，外壳200内不仅限于凸设有结构固定件。例如，5g移动设备10还包括支撑柱，支撑柱安装于外壳200，毫米波射频模组110 及弧形超材料结构120均固定于支撑柱上，使毫米波射频模组110及弧形超材料结构120中间通过支撑柱进行安装固定。
56.然而，为了通信产品的美观度和结构方面的考虑，通信产品外形边缘为圆弧形结构，这使得平面超材料结构只能放置于靠近中间的位置，这样的含平面超材料结构的天线分布使得天线方向图覆盖范围有一定的限制性，而且靠近中间位置时天线收到周围器件环境影响比较大，也不利于天线的辐射，进一步地，外壳200为圆弧形结构，使相控阵天线更好地适配安装于外壳上，避免了含平面超材料结构的天线分布使得天线方向图覆盖范围有一定的限制性，而且靠近中间位置时天线收到周围器件环境影响比较大，也不利于天线的辐射的问题。
57.进一步地，弧形超材料结构在弧形凹面的中心的厚度大于弧形超材料结构在弧形凹面的两侧边缘的厚度，即弧形超材料结构呈中心厚边缘薄分布，亦即是，弧形超材料结构的中心的厚度大于边缘的厚度，进一步地增加了天线的频率带宽，可以使得超材料结构作用于更宽的频带范围。
58.如图6及图6a所示，在其中一个实施例中，弧形超材料结构位于毫米波模组2的正上方，间距h变化范围为1/4λ到1.2λ左右，射频模组2与超材料结构中间可以通过支撑柱或者5g移动设备10内部的结构件进行固定。弧形超材料结构120包括包括弧形介质基板122以及弧形介质基板122上的弧形金属图形层 124。弧形介质基板122为介质基板同时也为5g移动设备10的外壳200，弧形介质基板122材料可以为塑料、陶瓷或玻璃等。弧形超材料结构120的弧形金属图形层124可以通过pcb、lds、fpc、lcp、mpi、陶瓷或者金属网格等工艺来实现。
59.在其中一个实施例中，弧形金属图形层124通过金属网格工艺成型而成。在本实施例中，弧形金属图形层124为金属网格结构件，金属网格结构件材料可以为铜或铝等。当然，在其他实施例中，弧形金属图形层124的成型于弧形介质基板122的过程可以为：通过lds工艺直接印制于弧形介质基板122上，或者也可以采用软性基板材料如mpi、lcp、fpc或者透明的薄膜材料，软性基板材料在完成金属图形绘制后再表贴于弧形介质基板122的正反两个表面。图5-b为相控阵毫米波模组天线加载超材料结构的几种不同的超材料组阵结构，每一弧形金属图形层124为环形周期分布的多个金属单元结构124a，且相邻两个金属单元结构124a为非均匀分布，不同尺寸的金属单元结构124a对应于不同的折射率，不同距离的金属单元结构124a对应于不同的透射系数，进而使相阵控天线形成有不同的透射相位。当电磁波斜入射时，入射角越大透射系数越低，透射相位也会发生变化，加上弧形金属图形层124为环形周期分布的非均匀结构，即弧形超材料结构120为环形周期分布的非均匀结构，在不同的入射角度对应不同结构的金属单元结构 124a，在入射角较大时也可以通过金属单元结构124a来控制透射波的相位，从而来增加相控阵天线100 的扫描角度。
60.上述的5g移动设备10，由于5g移动设备10的射频无线电路包括相阵控天线，且相阵控天线的毫米波射频模组110加载弧形超材料结构120可以增加相阵控天线的增益，减小扫描损耗。经过试验测试，如图15a所示为1x4相控阵天线100加载弧形超材料结构120时phi
＝90度的切面的辐射方向图，其中实线为加载弧形超材料结构120时的方向图，虚线为不加载弧形超材料结构120时的方向图；如图15b所示为1x4 相控阵天线100加载平面超材料结构时phi＝90度的切面的辐射方向图，其中，实线为加载平面超材料结构时的方向图，虚线为不加载平面超材料时的方向图，对比可看出，弧形超材料结构120的扫描角度较宽，具体地，弧形超材料结构120的扫描角度为
±
45度，扫描增益损耗小于1db；平面超材料结构的扫描角度为
±
30度，扫描增益损耗小于1.6db。此外，对于旁瓣数据可知，弧形超材料结构120的旁瓣电平低于平面超材料结构的旁瓣，即弧形超材料结构120的旁瓣电平较好于平面超材料结构的旁瓣。弧形超材料结构 120可以使得天线增益在所覆盖的范围内增加3db。如图16a所示为1x4相控阵天线100弧形加载弧形超材料结构时覆盖的三维辐射方向图，如15b所示为1x4相控阵天线100平面加载平面超材料结构时覆盖的三维辐射方向图。如此在实际应用中可以减少一半的天线模组数量，很大程度的简化射频无线电路的复杂性，并减小了射频无线电路的结构尺寸。
61.与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
62.1、上述的相控阵天线100，超材料结构的折射特征增加了相控阵天线正上方即0度方向的增益，弧形超材料结构形成有至少一弧形凹面，每一弧形凹面与相应的毫米波射出面正对设置，相控阵天线进行波束扫描时，斜入射的波垂直入射到弧形超材料结构的弧面上，由于垂直入射的波损耗最小，所以相对比平面结构的超材料结构，弧形超材料结构在增加相控阵天线的增益的同时还增加了相控阵天线的扫描角度，如此减小了相控阵天线的扫描损耗；
63.2、上述的相控阵天线100，射频无线电路毫米波射频模组110及弧形超材料结构120均可固定于外壳 200内，由于弧形超材料结构120形成有至少一弧形凹面，使弧形超材料结构120较好地与5g移动设备 10的外壳200的外形结构相匹配，如此使相阵控天线在同等增益效果条件下所需的空间较小，进而使相控阵天线100更好地适配电子产品的集成度的增加的需要。
64.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。