阅读说明：本技术 高性能透镜天线系统 (High performance lens antenna system ) 是由 梁太荣 周振 B·杰克逊 徐晟波 金正元 D·乔德里 A·萨德瑞 于 2020-01-31 设计创作，主要内容包括：公开了一种透镜天线系统。该透镜天线系统包括：混合焦点源天线电路,该混合焦点源天线电路被配置成用于生成源天线波束,以用于与不同的透镜结构集成。在一些实施例中,混合焦点源天线电路包括彼此耦合的天线元件集合。在一些实施例中,该天线元件集合包括：第一天线元件,该第一天线元件被配置成用于在第一球面模式下被激发；以及第二天线元件,该第二天线元件被配置成用于在不同的第二球面模式下被激发。在一些实施例中,第一球面模式和第二球面模式是共极化的。在一些实施例中,透镜天线系统进一步包括：透镜,该透镜被配置成用于对与混合焦点源天线电路相关联的源天线波束进行塑形,以便提供输出天线波束。(A lens antenna system is disclosed. The lens antenna system includes: a hybrid focal source antenna circuit configured to generate a source antenna beam for integration with different lens structures. In some embodiments, a hybrid focal source antenna circuit includes a set of antenna elements coupled to one another. In some embodiments, the set of antenna elements comprises: a first antenna element configured to be excited in a first spherical mode; and a second antenna element configured to be excited in a second, different spherical mode. In some embodiments, the first spherical mode and the second spherical mode are co-polarized. In some embodiments, the lens antenna system further comprises: a lens configured to shape a source antenna beam associated with the hybrid focus source antenna circuit to provide an output antenna beam.)

具体实施方式

在本公开的一个实施例中，公开了透镜天线系统。该透镜天线系统包括混合焦点源天线电路，该混合焦点源天线电路被配置成用于生成源天线波束。在一些实施例中，混合焦点源天线电路包括彼此耦合的天线元件集合。在一些实施例中，该天线元件集合包括：第一天线元件，该第一天线元件被配置成用于在第一球面模式下被激发；以及第二天线元件，该第二天线元件被配置成用于在不同的第二球面模式下被激发。在一些实施例中，第一球面模式和第二球面模式是共极化的。

在本公开的一个实施例中，公开了与透镜天线系统相关联的级联透镜系统。在一些实施例中，级联透镜系统包括聚焦透镜，该聚焦透镜被配置成用于接收与源天线电路相关联的准直波束并对准直波束进行聚焦，以便将准直波束从空间域转换为空间频率域，从而形成与聚焦透镜相关联的经聚焦的波束。在一些实施例中，级联透镜系统进一步包括准直透镜，该准直透镜被配置成用于与经聚焦的波束耦合，并对与经聚焦的波束相关联的选择空间频率分量进行准直，从而形成真实的准直波束。

在本公开的一个实施例中，公开了透镜天线系统。该透镜天线系统包括波导阵列，波导阵列包括波导集合，其中波导集合中的每一个波导被配置成用于传递与任何通信和/或雷达系统相关联的电磁波。在一些实施例中，透镜天线系统进一步包括透镜，该透镜与波导集合耦合并被配置成用于接收与波导集合中的一个或多个波导相关联的电磁波，以便提供一个或多个输出天线波束。

在本公开的一个实施例中，公开了透镜天线系统。在一些实施例中，透镜天线系统包括透镜，该透镜被配置成用于接收与天线源电路相关联的天线源波束并基于所接收的天线源波束提供输出波束。在一些实施例中，透镜被配置成用于在提供输出波束之前、根据与透镜2904相关联的相位补偿曲线，向所接收的天线源波束提供相位补偿。在一些实施例中，透镜的相位补偿曲线以透镜提供二维(2D)波束转向的方式被配置。

现在将参考所附的附图来对本公开进行描述，其中类似的附图标记贯穿本公开用来指代类似的要素，并且其中所图示出的结构和端部不一定是按比例绘制的。如本文所利用，术语“组件”、“系统”、“接口”、“电路”等旨在指代与计算机相关的实体、硬件、软件(例如，在执行时)和/或固件。例如，组件可以是处理器(例如，微处理器、控制器、或其他处理设备)、在处理器上运行的进程、控制器、对象、可执行的程序、存储设备、电脑、平板PC和/或具有处理设备的用户装备(例如，移动电话等)。作为说明，在服务器上运行的应用和该服务器也可以是组件。一个或多个组件可以驻留在进程内，并且组件可以位于一台计算机上并/或分布在两台或更多台计算机之间。要素的集合或其他组件的集合可以在本文中被描述，其中术语“集合”可以被解释为“一个或多个”。

进一步，这些组件可以从具有存储于其上的各种数据结构的各种计算机可读存储介质(例如使用模块)执行。这些组件可以经由本地和/或远程进程进行通信，诸如根据具有一个或多个数据分组的信号(例如，来自一个组件的数据与本地系统、分布式系统、和/或跨网络(诸如，互联网、局域网、广域网、或经由信号与其他系统连接的类似网络)中的另一个组件进行交互)。

作为另一示例，组件可以是具有由电气或电子电路操作的机械部件提供的特定功能的装置，其中电气或电子电路可以由一个或多个处理器执行的软件应用或固件应用操作。一个或多个处理器可以在该装置内部或外部，并且可以执行软件或固件应用的至少一部分。作为又一示例，组件可以是通过电子组件提供特定功能的装置，而没有机械部件；电子组件可以包括其中的一个或多个处理器，以执行至少部分赋予电子组件的功能的软件和/或固件。

示例性一词的使用旨在以具体的方式呈现概念。如在本申请中所使用，术语“或”旨在表示包含性的“或”，而不是排它性的“或”。也就是说，除非另外指定或从上下文清楚，否则“X采用A或B”旨在意指自然的包含性排列中的任一者。也就是说，如果X采用A；X采用B；或X采用A和B两者，则在前述实例中的任何实例下“X采用A或B”均被满足。另外，如本申请以及所附权利要求中所使用的冠词“一(a/an)”一般应解释为意指“一个或多个”，除非另外指定或从上下文清楚是指单数形式。此外，如果在具体实施方式和权利要求中使用了术语“包括(including)”、“包括(includes)”、“具有(having)”、“具有(has)”、“具有(with)”或其变体，则这些术语旨在以类似于术语“包含(comprising)”的方式被包括。

下列具体实施方式参考了所附附图。可在不同附图中使用相同的附图标记来标识相同的或类似的元素。在以下的描述中，为了解释而非限制的目的，阐述了诸如特定结构、架构、接口、技术等具体细节，以便提供对各实施例的各方面的全面理解。然而，对受益于本公开的本领域技术人员将显而易见的是，可在脱离这些具体细节的其他示例中实施的所要求保护的各实施例的各方面。在某些实例中，省略了对公知的设备、电路和方法的描述，以免因不必要的细节而使各实施例的描述模糊。

如上文所指示，新兴技术，包括5G及以上无线通信基站和连接的自主交通工具可以从高指向性的波束中受益。相控阵天线(PAA)在远场区域相干地组合来自各单元天线的波，以实现窄角电磁(EM)辐射。不幸的是，硬件复杂性、校准困难以及实现方式和维护成本随着更多的天线阵列元件而迅速增加。随着新兴应用的操作频率向更高的频率移动，毫米波(mmW)和太赫兹透镜由于包括窄波束、多波束、轻量、宽频带、广角扫描、直接波束拓宽、紧凑尺寸以及无源元件的优点，最近作为替代解决方案取得了更多的关注，以实现窄波束。采用透镜可以显著地降低硬件复杂性和成本，同时提供与大尺寸相控阵类似的性能/能力。另外，具有不同特性的毫米波和太赫兹透镜可被放置于顶部或应用于现有的毫米波/太赫兹RFIC收发器，该收发器在芯片封装中具有固定天线阵列，并以最小的交付时间解决各种应用。与此相比，目前集成在RFIC封装中的相控阵解决方案需要花费时间来重新进行封装和阵列设计。透镜天线系统包括被配置成用于提供源天线波束的焦点源天线电路和包括被配置成用于基于源天线波束提供输出天线波束的透镜的透镜系统。在整个公开中描述的实施例中，术语“焦点源天线电路”与术语“源天线电路”和“天线源电路”可互换使用。

为了从透镜获得更窄的波束输出，来自焦点源天线的更宽的波束是优选的，因为透镜充当傅里叶变换引擎。然而，在处理波束宽度与旁瓣水平的权衡方面存在挑战。例如，更宽的波束焦点源天线通常会导致通过透镜的更窄的波束，但更高的旁瓣水平。后瓣水平控制是另一个挑战。类似地，较窄的焦点源天线会导致通过镜头的较低的旁瓣水平波束，但较宽的主波束。在目前的实现方式中，透镜的性能通过对给定的焦点源天线的电磁模拟进行优化。然而，当透镜的电气尺寸变大以获得更窄的波束时，所需的计算机资源和时间就会迅速而显著地增加。替代地，在一些实施例中，焦点源天线是为给定的透镜而设计，以解决权衡。然而，在此类实施例中，除非通过大尺寸的天线阵列合成波束，否则典型的宽波束元件天线没有足够的设计自由度来控制旁瓣水平。为了实现MIMO通信和雷达应用，小形状因子的焦点源元件天线是优选的。

为了克服上述缺点，本公开中提出了一种包括混合焦点源天线电路的透镜天线系统。具体而言，本文提出了一种混合焦点源天线电路，包括天线元件集合，该天线元件集合被配置成用于在相应的共极化球面模式集合中被激发。在一些实施例中，球面模式包括横向磁(TM)模式和横向电(TE)模式。在一些实施例中，混合焦点源天线电路提供了增加的设计自由度，并解决了波束宽度和旁瓣水平的权衡。

在透镜天线系统的当前实现方式中，透镜系统采用单透镜方法，以便实现高指向性波束。然而，具有单透镜的可实现指向性改善是有限的，因为设计通常是针对准直的目的。在毫米波系统中，发射纯基本模式的天线(转换为理想的平面波—以形成高指向性波束)的设计是非常困难的。因此，为了实现高指向性波束，在本公开的另一个实施例中，提出了包括级联透镜系统的透镜天线系统。在一些实施例中，级联透镜系统使用多个透镜来实现馈送天线电磁辐射图案的准准直、聚焦和真实准直，以及在傅里叶成像平面上实施直接或间接的空间滤波，以改变电磁辐射过程的结构，从而得到高指向性的辐射曲线。在一些实施例中，与级联透镜系统相关联的一个或多个透镜可以被集成在一起。

在毫米波频率下，在一些实施例中，取决于信号传播路径和周围环境，路径损耗可能是显著的。路径损耗使无线系统的信噪比(SNR)降级，并且因此不利地影响系统性能。例如，低SNR降低了雷达系统的最大检测范围并增加了虚警概率，同时降低了通信系统的容量。为了应对路径损耗造成的SNR降级，在目前的透镜系统实现方式中，利用具有馈送天线阵列的透镜来增强天线增益，从而增强SNR。然而，天线阵列在毫米波频率下遭受明显的金属损耗。此外，由于天线阵列的有限接地平面引起的表面波的激发降低了天线的效率和指向性，并导致跨元件的增益不均匀。在一些实施例中，提出了电磁带隙或类似的结构来管理元件之间的干扰，这进一步使天线阵列设计复杂化，并潜在地掩盖了平面馈送天线阵列为透镜提供的益处。

为了克服上述缺点，在本公开的另一个实施例中，提出了一种包括波导阵列的透镜天线系统，该波导阵列包括耦合到透镜的多个波导，该系统的进一步的细节在下面的实施例中给出。在一些实施例中，多个波导包括由电介质材料制成的多个电介质波导。在一些实施例中，所提出的透镜天线系统能够在不引入透镜天线制造和装配复杂性的情况下减轻馈送阵列元件之间的耦合，改善主要由非理想透镜馈送天线造成的准直畸变，并消除传统馈送天线的表面波。

在一些实施例中，与透镜天线系统相关的透镜提供了方便和无源的方式来增强焦点源天线电路的传输距离，而不需要任何附加的有源组件和功率。在一些实施例中，透镜是辅助设备，该辅助设备在安装之后与焦点源天线电路协作的同时增强增益。然而，透镜天线系统的现有实现方式不支持2D波束转向。换句话说，在透镜天线系统的现有实现方式中，透镜总是将与焦点源天线电路相关联的波束在相同方向上进行转向，而不考虑焦点源天线电路的波束转向方向。为了克服上述缺点，本公开提出一种包括支持2D波束转向的透镜的透镜天线系统。在一些实施例中，调整与透镜相关联的相位补偿曲线，以便实现2D波束转向，下面实施例中给出了进一步的细节。

图1图示出根据本公开的一个实施例的示例性透镜天线系统100的简化框图。在一些实施例中，透镜天线系统100可以是无线通信系统的一部分，例如，毫米波(mmW)系统。进一步地，在一些实施例中，透镜天线系统100可以是雷达系统的一部分。在一些实施例中，透镜天线系统100包括混合焦点源天线电路102和透镜104。在一些实施例中，混合焦点源天线电路102被配置成用于向透镜104提供源天线波束106。在一些实施例中，透镜104被配置成用于接收源天线波束106，并基于所接收的源天线波束106提供准直波束108(即输出天线波束)。在一些实施例中，透镜104包括无源部件。然而，本发明也构想透镜104包括有源配置，在一些实施例中，该有源配置将允许透镜104的动态重新配置。在一些实施例中，为了具有从透镜输出的更窄的波束，来自焦点源天线的更宽的波束是优选的。然而，更宽的波束焦点源天线伴随着更高的旁瓣水平的缺点。后瓣水平控制是另一个挑战。

因此，在一些实施例中，混合焦点源天线电路102包括彼此耦合的天线元件集合。在一些实施例中，该天线元件集合包括两个或更多个天线元件。在一些实施例中，该天线元件集合被配置成用于在两个或更多个相应的共极化球面模式下被激发。当天线辐射时，它会产生球面波。换句话说，辐射波的波前与球体的表面相对应。在一些实施例中，天线的电磁辐射图案是在球面模式的基础上定义的。在一些实施例中，天线元件被激发的球面模式定义了与天线元件相关联的波束宽度。例如，以低阶球面模式激发的天线元件将具有更宽的波束宽度，而以较高阶球面模式激发的天线元件将具有窄的波束宽度。在一些实施例中，球面模式包括横向磁(TM)模式和横向电(TE)模式。然而，其他球面模式也被构想成在本公开的范围内。在一些实施例中，TM模式包括沿传播方向不存在磁场的球面模式。在一些实施例中，TM模式包括基本TM模式TM₀₁和高阶TM模式(如TM₀₃、TM₀₅等)。类似地，TE模式包括沿传播方向不存在电场的球面模式。在一些实施例中，TE模式包括基本TE模式TE₀₁和高阶TE模式(如TE₀₃、TE₀₅等)。

在一些实施例中，天线的极化是指从天线辐射的电磁波的电场的取向。在一些实施例中，“共极化”球面模式是指电场的取向相同的球面模式。因此，TM模式和TE模式相对于彼此来说不是共极化的。在一些实施例中，TM模式TM₀₁、TM₀₃、TM₀₅等形成共极化的球面模。另外，TE模式TE₀₁、TE₀₃、TE₀₅等形成共极化的球面模式。在一些实施例中，与该天线元件集合中的至少两个天线元件相关联的共极化球面模式彼此不同。在一些实施例中，利用具有不同共极化球面模式的不同天线元件能够解决输出天线波束108的波束宽度和旁瓣水平之间的权衡。因此，在一些实施例中，该天线元件集合可以在不同的共极化球面模式组合(如TM₀₁+TM₀₃、TM₀₁+TM₀₅、TM₀₁+TM₀₃+TM₀₅、TE₀₁+TE₀₃等)中被激发。

图2图示出根据本公开的一个实施例的透镜天线系统200的示例实现方式。在一些实施例中，透镜天线系统200包括图1中透镜天线系统100的一种可能的实现方式。透镜天线系统200包括混合焦点源天线电路202和透镜204。在一些实施例中，焦点源天线电路202被配置成用于生成源天线波束，而透镜204被配置成用于对源天线波束进行塑形(或准直)，以提供输出天线波束。在一些实施例中，焦点源天线电路202包括彼此耦合的天线元件集合。在该实施例中，焦点源天线电路202内的天线元件集合包括第一天线元件(例如，第一天线元件206)和不同的第二天线元件(例如，第二天线元件208)。在一些实施例中，第一天线元件206和第二天线元件208被包括在焦点源天线电路202内，并且为了便于理解，在此分开地示出。在一些实施例中，第一天线元件206在第一球面模式下被激发，并且第二天线元件208在不同的第二球面模式下被激发，以便生成源天线波束。在一些实施例中，第一天线元件206和第二天线元件208彼此耦合。贯穿本公开所描述的实施例中，术语“耦合”可指直接耦合(即直接接触)或间接耦合(例如，电磁耦合、交流耦合等)。在本实施例中，第一天线元件206和第二天线元件208彼此电耦合(例如，交流耦合)。

在一些实施例中，第一球面模式和第二球面模式是共极化的。在一些实施例中，第一球面模式和第二球面模式包括横向磁(TM)模式。然而，在其他实施例中，第一球面模式和第二球面模式包括横向电(TE)模式。替代地，在其他实施例中，第一球面模式和第二球面模式可以包括不同于TM模式或TE模式的任何共极化的球面模式。在本实施例中，第一天线元件206以低阶球面模式(例如，基本球面模式TM₀₁)被激发，从而得到宽波束或宽波束(即，低指向性波束)。因此，在本实施例中，第一天线元件206形成了低指向性的天线元件。进一步地，在该实施例中，第二天线元件208在高阶球面模式(例如TM₀₅)下被激发，从而得到窄波束(即高指向性波束)。因此，在该实施例中，第二天线元件208形成了高指向性的天线元件。然而，在其他实施例中，第一天线元件206和第二天线元件208可以在不同的共极化球面模式的任何组合下被激发，例如，TM₀₁+TM₀₃、TM₀₁+TM₀₅、TE₀₁+TE₀₃等。

在该实施例中，混合焦点源天线电路202内的天线元件集合被示出为仅包括两个天线元件，即第一天线元件206和第二天线元件208。然而，在其他实施例中，混合焦点源天线电路202内的天线元件集合可以包括除了第一天线元件206和第二天线元件208之外的一个或多个天线元件。在一些实施例中，该一个或多个附加的天线元件彼此电耦合并且电耦合至第一天线元件206和第二天线元件208。在一些实施例中，一个或多个附加的天线元件可被配置成用于在一个或多个相应的共极化球面模式下被激发。在一些实施例中，与一个或多个附加天线元件相关联的一个或多个球面模式相对于第一球面模式和第二球面模式是共极化的。在一些实施例中，与一个或多个附加天线元件相关联的一个或多个球面模式包括一个或多个不同的共极化球面模式，并且该一个或多个共极化球面模式与第一球面模式和第二球面模式不同。然而，在其他实施例中，与一个或多个附加天线元件相关联的一个或多个共极化球面模式可以与第一球面模式和第二球面模式相同或不同。在一些实施例中，将共极化、低指向性和高指向性的天线元件集成到小形状因子的单个混合焦点源天线电路中提供了更多的设计自由度来控制输出天线波束的所期望的性能度量，性能度量包括指向性、旁瓣水平和后瓣水平。

在一些实施例中，第一天线元件206和第二天线元件208可以从单个输入端被馈送，因此，同时被激发，如图3a-图3b中可以看到。在一些实施例中，图3a和图3b描绘了根据本公开的一个实施例的图2中具有单个输入馈送的混合焦点源天线电路202的3维(3D)视图。进一步地，图3c和图3d描绘了根据本公开的一个实施例的与具有单个输入馈送的混合焦点源天线电路202相关联的不同金属层。进一步地，在一些实施例中，第一天线元件206和第二天线元件208可以分别从2个单独的平衡输入馈电馈送(例如，2个不同的功率放大器(PA))被馈送，如图4a和图4b中可以看到。在一些实施例中，图4a和图4b描绘了根据本公开的一个实施例的具有分开的输入馈送的混合焦点源天线电路202的3维(3D)视图。进一步地，图4c和图4d描绘了根据本公开的一个实施例的与具有分开的输入馈送的混合焦点源天线电路202相关联的不同金属层。在一些实施例中，图4a和图4b中的第一天线元件206和第二天线元件208可以基于激活两个输入馈送同时被激发。然而，在其他实施例中，图4a和图4b中的第一天线元件206和第二天线元件208可以被分别激发。在具有分开的输入馈送的实施例中，可以基于应用场景通过打开/关闭到每个元件天线的PA/LNA(即，输入馈送)来重新配置来自透镜的输出波束。

图5a图示出根据本公开的一个实施例的透镜500的示例实现方式。在一些实施例中，透镜500包括图2中的透镜204或图1中的透镜104的一种可能实现方式。在一些实施例中，透镜500在本文被称为分区楞勃(Luneburg)透镜。在一些实施例中，透镜500包括多个单位晶格。每个单位晶格包括一个中心主体和在X、Y和Z方向上与相邻的单位晶格连接的六个连接杆。中心主体和连接杆都可以采取不同的形状。在一些实施例中，透镜500被划分为具有目标有效折射率的若干个球面区域。在每个区域中，中心主体被设计成具有其自己不同的体积，以实现目标折射率。在一些实施例中，每个区域由球面定义，如图5b中可以看到。

图6图示出根据本公开的一个实施例的透镜600的示例实现方式。在一些实施例中，透镜600包括图2中的透镜204或图1中的透镜104的一种可能实现方式。在一些实施例中，透镜600在本文被称为球面气隙(SAG)透镜。具体而言，图6图示出多壳体半球形结构620。在一些实施例中，多壳体半球形结构中的两个多壳体半球形结构被配置成用于形成SAG透镜。在一些实施例中，壳体的厚度相对于半径变化，而相邻壳体之间的气隙也相应地改变，以实现变化的径向折射率曲线(类似于楞勃透镜)。在一些实施例中，透镜600的最外层壳体可以穿孔，以减少由源与透镜之间的阻抗失配引起的反向散射。在一些实施例中，透镜600可以利用多壳体半球形结构620和地平面形成。

图7a图示出根据本公开的一个实施例的透镜700的示例实现方式。在一些实施例中，透镜700包括图2中的透镜204或图1中的透镜104的一种可能实现方式。在一些实施例中，透镜700在本文被称为盘状透镜。在一些实施例中，透镜700包括透镜的组件。在一些实施例中，透镜700以球体的形式被布置。在一些实施例中，每个圆盘的厚度和相邻圆盘之间的气隙都沿着透镜的半径连续地变化，以完成折射率径从中心处的到最外层圆周处的1的变化(例如，遵循楞勃透镜折射率方程)。在一些实施例中，透镜700被配置成用于对由放置在焦点处的电流源沿透镜的轴向中的一个轴向生成的球面波进行准直。在一些实施例中，半球盘状透镜可以与地平面一起形成透镜，以减少透镜的尺寸。在一些实施例中，图7b描绘了根据本公开的一个实施例的透镜700的俯视图。

图8a图示出根据本公开的一个实施例的透镜800的示例实现方式。在一些实施例中，透镜800包括图2中的透镜204或图1中的透镜104的一种可能实现方式。在一些实施例中，透镜800在本文被称为球面穿孔楞勃透镜。在一些实施例中，透镜800由多个层制成。在每个层中，穿孔率被控制以实现所期望的折射率(例如，如楞勃透镜方程所指示)。每个层由两个半球形成，该两个半球彼此成像。每个层均是单独地印制出，并且然后所有的层被组装以形成透镜。在一些实施例中，透镜800可以用作准直器，以将球面波前转移到平面波前。在一些实施例中，半球形穿孔透镜可以与地平面一起作用，以便在尺寸减小2倍的情况下具有类似的性能，如图8b中可以看出。

图9a图示出根据本公开的一个实施例的透镜900的示例实现方式。在一些实施例中，透镜900包括图2中的透镜204或图1中的透镜104的一种可能实现方式。在一些实施例中，透镜900在本文被称为钉状透镜。在一些实施例中，透镜900通过在中心的实心球体以及许多钉状物来形成。在一些实施例中，钉状物是径向取向的，并被连接到透镜中心的球体。在一些实施例中，每个钉状物具有圆锥体形状。在一些实施例中，圆锥体的直径沿径向方向改变，相邻钉状物之间的空间也随之改变，以实现可控的折射率(例如，让人联想到楞勃透镜)。在一些实施例中，钉状透镜可以与地平面一起作用，以便在尺寸减小2倍的情况下具有类似的性能，如图9b中可以看出。

图10图示出根据本公开的一个实施例的用于示例性透镜天线系统的方法1000的流程图。本文参考图2中的混合焦点源天线电路202来解释该方法1000。然而，该方法1000同样可适用于图1中的混合焦点源天线电路102。在1002处，提供了包括彼此耦合的天线元件集合的混合焦点源天线电路(例如，图2中的混合焦点源天线电路202)。在一些实施例中，该天线元件集合包括第一天线元件(例如，图2中的第一天线元件206)和不同的第二天线元件(例如，图2中的第二天线元件208)。在1004处，第一天线元件被配置成用于在第一球面模式下被激发。在1006处，第二天线元件被配置成用于在不同的第二球面模式下被激发。在一些实施例中，第一球面模式和第二球面模式是共极化的。然而，在其他实施例中，该天线元件集合可以包括被配置成用于在共极化的球面模式下被激发的多于两个的天线元件，如上文关于图1和图2的所解释的那样。

图11图示出根据本公开的一个实施例的包括级联透镜系统的示例性透镜天线系统1100的简化框图。在一些实施例中，透镜天线系统1100可以是无线通信系统的一部分，例如，毫米波(mmW)系统。进一步地，在一些实施例中，透镜天线系统1100可以是雷达系统的一部分。透镜天线系统1100包括源天线电路1102和级联透镜系统1104。在一些实施例中，源天线电路1102可以包括被配置成用于生成源天线辐射的焦点源天线电路。在一些实施例中，焦点源天线电路被配置成用于基于与通信电路相关联的激励信号来生成源天线辐射。在一些实施例中，源天线辐射不是高斯分布(基本强度模式)，并且因此难以实现高指向性。

在一些实施例中，级联透镜系统1104可包括准准直透镜L1(此处未示出)，该准准直透镜L1被配置成用于接收与源天线电路1102相关联的源天线辐射，并使源天线辐射准直以形成准直波束。如本文所解释的，在该实施例中，准准直透镜L1被认为是级联透镜系统的一部分。然而，在其他实施例中，准准直透镜L1可以是源天线电路的一部分。由准准直透镜L1提供的准直波束处于空间域中。在一些实施例中，由准准直透镜L1提供的准直波束包括基本空间频率分量和较高阶空间频率分量。为了实现高指向性的输出波束，在一些实施例中，与准直波束相关联的不想要的空间频率分量需要被过滤掉。为了过滤掉与准直波束相关联的不想要的空间频率分量，在一些实施例中，准直波束需要从空间域(其中基本空间频率分量和较高阶空间频率分量在空间上被分布)转换到空间频率域。

在一些实施例中，级联透镜系统1104可进一步包括聚焦透镜L2(此处未示出)，该聚焦透镜L2被配置成用于接收准直波束并对准直波束进行聚焦，以便将准直波束从空间域转换为空间频率域，从而在与聚焦透镜L2相关联的焦平面处形成经聚焦的波束。在一些实施例中，聚焦透镜L2被配置成用于基于利用透镜的傅里叶变换操作(例如，二维傅里叶变换)来将准直波束从空间域转换到空间频率域(从而形成经聚焦的波束)，如下：

其中u和v分别是在x和y方向上的空间频率(在z方向上传播)。在一些实施例中，与经聚焦的波束相关联的高阶空间频率分量将具有与基本模式的焦点在空间上是分开的不同的焦点。例如，在一些实施例中，透镜L2的二维傅里叶变换将导致空间上分开的高阶空间频率分量，即较低的空间频率分量位于中心焦点处/附近，而其他高阶空间频率分量将被聚焦在远离中心焦点的位置。

在一些实施例中，级联透镜系统1104可进一步包括准直透镜L3(此处未示出)，该准直透镜L3被配置成用于与经聚焦的波束耦合并使经聚焦的波束(或与其相关联的选择空间频率分量)准直，从而形成真正的准直波束。在一些实施例中，真正的准直波束包括高指向性波束。在一些实施例中，准直透镜L3被配置成用于基于利用透镜的傅里叶变换操作的逆来对经聚焦的波束进行准直，如下：

其中u和v分别是在x和y方向上的空间频率(在z方向上传播)。在一些实施例中，选择空间频率分量包括基本空间频率分量。然而，在其他实施例中，选择空间频率分量可以包括一个或多个空间频率分量。在一些实施例中，级联透镜系统1104可以包括位于聚焦透镜L2与准直透镜L3之间的空间滤波器板(此处未示出)，该空间滤波器板被配置成用于过滤掉与经聚焦的波束相关联的不想要的空间频率分量，从而将与经聚焦的波束相关的选择空间频率分量提供给准直透镜。

在一些实施例中，空间滤波器板包括孔径A，孔径A仅允许选择频率分量(例如，与经聚焦的波束相关联的基本空间频率分量)通过。在一些实施例中，空间滤波板可包括非射频(RF)透明板，并且孔径可采取非射频透明板中的孔的形式，其中孔的中心与透镜的焦点(即中心焦点)重合。然而，在其他实施例中，只要空间滤波板提供所需的衰减，空间滤波板就可以被实现成与非射频透明板不同。焦点处/附近的较低阶空间频率电磁波可以通过孔并继续进一步传播，而较高阶空间频率分量将被阻挡(例如，被板的非射频透明部分阻挡)并停止传播。通过过滤掉较高阶空间频率，在理论上，在重新准直之后可以逼近完美的平面波。所期望的空间滤波孔径尺寸A与辐射的波长和L1/L2透镜参数的选择成比例。替代地，在其他实施例中，级联透镜系统1104可以不包括空间滤波板。相反，在此类实施例中，准直透镜L3距聚焦透镜L2的距离或准直透镜L3的尺寸被调整，以便过滤掉与经聚焦的波束相关联的不想要的空间频率分量，从而使准直透镜L3能够接收与经聚焦的波束相关联的选择空间频率分量。进一步地，在一些实施例中，准准直透镜L1和聚焦透镜L2可以被集成在一起，以形成单个透镜。在一些实施例中，透镜L1、L2和L3包括无源部件。然而，本发明也构想了透镜L1、L2和L3包括有源配置，在一些实施例中，该有源配置将允许透镜L1、L2和L3的动态重新配置。

图12a描绘了根据本公开的一个实施例的透镜天线系统1200的示例实现方式。在一些实施例中，透镜天线系统1200包括图11中透镜天线系统1100的一种可能的实现方式。透镜天线系统1200包括源天线电路1202和级联透镜系统1204。在一些实施例中，源天线电路1202被配置成用于生成源天线辐射1214。在一些实施例中，源天线电路1202包括焦点源天线电路1203，该焦点源天线电路1203被配置成用于基于与通信电路相关联的激励信号来生成源天线辐射1214。在一些实施例中，源天线辐射1214不是高斯分布(基本强度模式)，并且因此难以实现高指向性。在一些实施例中，源天线电路1202可以包括单个天线元件或多个天线元件(例如，相控阵天线)。

在一些实施例中，级联透镜系统1204包括准准直透镜L1 1206，该准准直透镜L11206被配置成用于接收与源天线电路1202相关联的源天线辐射1214，并使源天线辐射1214准直以形成准直波束1216。在该实施例中，准准直透镜L1 1206被示出为级联透镜系统1204的一部分。然而，在其他实施例中，准准直透镜L1 1206可以是源天线电路1202的一部分。由准准直透镜L1 1206提供的准直波束1216处于空间域中。在一些实施例中，由准准直透镜L1提供的准直波束1206包括基本空间频率分量和较高阶空间频率分量。为了实现高指向性的输出波束，在一些实施例中，与准直波束1216相关联的不想要的空间频率分量需要被过滤掉。为了过滤掉与准直波束1216相关联的不想要的空间频率分量，在一些实施例中，准直波束1216需要从空间域(其中基本空间频率分量和较高阶空间频率分量在空间上被分布)转换到空间频率域。

在一些实施例中，级联透镜系统1204进一步包括聚焦透镜L2 1208，该聚焦透镜L21208被配置成用于接收准直波束1216并对准直波束1216进行聚焦，以便将准直波束1216从空间域转换为空间频率域，从而在与聚焦透镜L2 1208相关联的焦平面处形成经聚焦的波束1218。在一些实施例中，聚焦透镜L2 1208被配置成用于基于利用透镜的傅里叶变换操作(例如，二维傅里叶变换)来将准直波束1216从空间域转换到空间频率域(从而形成经聚焦的波束1218)，如上文关于等式(1)所解释。在一些实施例中，与经聚焦的波束1218相关联的较高阶空间频率分量将具有不同的焦点，这些焦点与基本模式的焦点在空间上是分开的。例如，在一些实施例中，聚焦透镜L2 1208的二维傅里叶变换将导致空间上分开的高阶空间频率分量，即较低的空间频率分量位于中心焦点处/附近，而其他高阶空间频率分量将被聚焦在远离中心焦点的位置。

在一些实施例中，级联透镜系统1204进一步包括空间滤波板1212，空间滤波板1212被配置成用于过滤掉与经聚焦的波束1218相关联的较高阶空间频率分量，从而允许与经聚焦的波束1218相关联的基本空间频率分量通过。在一些实施例中，空间滤波板1212包括孔径A，孔径A仅允许与经聚焦的波束1218相关联的基本空间频率分量通过。在一些实施例中，孔径可以采取非射频(RF)透明板上的孔的形式，其中孔的中心与透镜焦点(即中心焦点)重合，以便允许基本空间频率分量通过该孔，同时阻止较高阶空间频率分量。然而，空间滤波板1212的其他实现方式也被构想是在本公开的范围内。在一些实施例中，空间滤波板1212可以被布置在与聚焦透镜L2 1208相关联的焦平面上。在该实施例中，空间滤波板1212被配置成用于仅允许与经聚焦的波束1218相关联的基本空间频率分量通过。然而，在其他实施例中，空间滤波板1212可以被配置成用于允许与经聚焦的波束1218相关联的一个或多个空间频率分量(与基本空间频率分量不同)。

在一些实施例中，级联透镜系统1204进一步包括准直透镜L3 1210，该准直透镜L31210被配置成用于耦合到经聚焦的波束1218(其通过空间滤波板1212)，并且使与经聚焦的波束1218相关联的选择空间频率分量(例如，基本空间频率分量)准直，从而形成真实的准直波束1220。在一些实施例中，真实的准直波束1220包括高指向性波束。在一些实施例中，准直透镜L3 1210被配置成用于基于利用透镜的傅里叶变换操作的逆来对经聚焦的波束1218进行准直，如上述等式(2)所给出。在该实施例中，选择空间频率分量包括基本空间频率分量。然而，在其他实施例中，选择空间频率分量可以包括一个或多个空间频率分量(这些空间频率分量通过空间板1212)。

在一些实施例中，级联透镜系统1204可以不包括空间滤波板1212，如图12b中的级联透镜系统1204所图示。在一些实施例中，图12b中的透镜天线系统1250与图12a中的透镜天线系统1200类似，例外为空间滤波板1212。因此，在此类实施例中，准直透镜L3 1210的设计被配置，以便过滤掉与经聚焦的波束1218相关联的较高阶空间频率分量(或不想要的空间频率分量)。在此类实施例中，准直透镜L3 1210充当间接滤波器。具体而言，在一些实施例中，准直透镜L3 1210距聚焦透镜L2 1208的距离或准直透镜L3的尺寸(或孔径)被调整，以便过滤掉与经聚焦的波束1218相关联的不想要的空间频率分量，从而使准直透镜L31210能够仅接收与经聚焦的波束1218相关联的选择空间频率分量。本文没有进一步描述透镜天线系统1250，因为与图12a中的透镜天线系统1200相关联的所有解释也适用于图12b中的透镜天线系统1250。

图12a和图12b中的级联透镜系统1204中的透镜选项可以包括具有恒定材料指数的各种非球面/自由曲面标准透镜表面轮廓，以避免向系统添加球面像差。进一步地，在一些实施例中，准直透镜(L3)1210的透镜孔径也可以是用于扩大/缩小所生成的定向电磁辐射(即真实的准直波束)的空间波束宽度、并为特定的应用实现方式供应在某些传播范围内的所期望的波束宽度的控制参数。除了透镜表面轮廓选项外，在一些实施例中，梯度指数(GRIN)透镜选项也可以被实现。例如，图13图示出包括使用楞勃GRIN透镜的级联透镜系统的透镜天线系统1300。具体而言，准准直透镜L1、聚焦透镜L2、和准直透镜L3包括楞勃GRIN透镜。进一步地，图14图示出包括将麦克斯韦的鱼眼GRIN透镜用于透镜L1/L2以及将楞勃GRIN透镜用于透镜L3的级联透镜系统的透镜天线系统1400。在图14的实施例中，准准直透镜L1和聚焦透镜L2被整合为单个透镜。GRIN透镜选项是高度可配置的，并且可以实现无像差的波前变换。进一步地，空间滤波可以基于直接空间滤波(例如，空间滤波板)或基于间接空间滤波(通过配置L3设计以忽略焦平面的较高阶空间频率分量)在透镜天线系统1300和1400中被实现。

图15图示出在不使用空间板(间接滤波)的情况下，与使用楞勃GRIN透镜(如图13所示)的示例性级联透镜系统1500相对应的全波模拟。在此，辐射馈送天线与基本模式的偏差导致在第一个GRIN透镜(L1)之后的准准直。为了进一步增加射频辐射图案的指向性(准直)，第二GRIN透镜(L2)用于聚焦波前，并且使辐射图案的较高阶模式与基本模式在空间上分开。在图15中，清楚地示出辐射的小部分不能被聚焦。该部分能量与来自原始馈送天线的少量辐射(波前)相对应，这些少量辐射(波前)与较高阶模式强度分布相对应。在此，通过对第三GRIN透镜(L3)的适当设计，透镜L3被放置在距第二透镜L2一定距离的地方，使得透镜L3不收集较高阶模式的能量。因此，具有经改善的角电磁辐射的高度能量集中的波束生成被生成。在一些实施例中，与间接空间滤波实现方式(即透镜L3)结合的第一透镜L1、第二透镜L2用作“波前清洁器”，以帮助减少原始源辐射的缺陷。

图16图示出根据本公开的一个实施例的用于示例性透镜天线系统的方法1600的流程图。本文参考图12a中的透镜天线系统1200和图12b中的透镜天线系统1250解释该方法1600。然而，该方法1200同样分别适用于图11、图13和图14中的透镜天线系统1100、1300和1400。在1602处，与源天线电路(例如，图12a中的源天线辐射1202)相关联的源天线辐射(例如，图12a中的源天线辐射1214)在准准直透镜(例如，图12a中的准准直透镜L1 1206)处被接收。进一步地，源天线辐射在准准直透镜处被准直，以形成准直波束(例如，图12a中的准直波束1216)。在1604处，准直波束在聚焦透镜(例如，图12a中的聚焦透镜1208)处被接收。进一步地，准直波束被聚焦透镜聚焦，以便将准直波束从空间域转换到空间频率域，从而形成与聚焦透镜相关联的经聚焦的波束(例如，图12a中的经聚焦的波束1218)。

在1606处，经聚焦的波束在准直透镜(例如，图12a中的准直透镜1210)处被接收。进一步，与经聚焦的波束相关联的选择空间频率分量在准直透镜处被准直，从而形成真实的准直波束(例如，图12a中的真实的准直波束1220)。在1608处，与经聚焦的波束相关联的不想要的空间频率分量被过滤掉，从而使准直透镜能够对与经聚焦的波束相关联的选择空间频率分量进行准直。在一些实施例中，不想要的空间频率分量通过基于直接滤波方法使用空间滤波板(例如，图12a中的空间滤波板1212)被过滤掉。然而，在其他实施例中，通过使用间接滤波方法(例如，通过配置准直透镜L3的设计)来过滤掉不想要的空间频率分量，如上面参考图12b所解释的。

图17图示出根据本公开的一个实施例的示例性透镜天线系统1700的简化框图。在一些实施例中，透镜天线系统1700可以是无线通信系统的一部分，例如，毫米波(mmW)系统。进一步地，在一些实施例中，透镜天线系统1700可以是雷达系统的一部分。透镜天线系统1700包括天线源电路1702和透镜1704。在一些实施例中，透镜1704包括无源部件。然而，本发明也构想透镜1704包括有源配置，在一些实施例中，该有源配置将允许透镜1704的动态重新配置。在一些实施例中，天线源电路1702包括激励电路1706和波导阵列1708。在一些实施例中，波导阵列1708可以包括被配置成用于传递与通信电路相关联的电磁波的波导集合。在一些实施例中，该波导集合中的每一个波导均包括被配置成用于传递电磁波/辐射的结构。在一些实施例中，该波导集合包括一个或多个波导。

在一些实施例中，透镜1704与该波导集合耦合。在一些实施例中，与波导阵列1708相关联的波导集合被直接连接/耦合到透镜1704。然而，在其他实施例中，与波导阵列1708相关联的波导集合可以被间接地耦合到透镜1704(例如，经由电磁波耦合)。在一些实施例中，透镜1704被配置成用于接收与波导集合中的一个或多个波导相关联的电磁波，以便提供一个或多个输出天线波束。在一些实施例中，与波导阵列1708相关联的波导集合可以在棒状结构中被实现。然而，在其他实施例中，与波导阵列1708相关联的波导集合可以不同地被实现，例如，衬底集成波导(SIW)。在一些实施例中，与波导阵列1708相关联的波导集合包括由电介质材料制成的电介质波导集合。在一些实施例中，该波导集合包括电介质棒集合。在一些实施例中，波导的材料拥有为2的或更高的相对介电常数。然而，在其他实施例中，该波导集合可以被不同地实现。

在一些实施例中，激励电路1706被配置成用于基于与通信电路相关联的通信信号(例如，电信号)来生成电磁波。在一些实施例中，激励电路1706可以包括模式启动器电路(未示出)，该模式启动器电路被配置成用于将与通信电路相关联的电信号转换为电磁波。在一些实施例中，模式启动器电路可以包括分别耦合到波导集合并被配置成用于生成相应的电磁波集合、以便向波导集合提供激发的模式启动器电路集合。在一些实施例中，激励电路1706可进一步包括波束切换网络(未示出)，该波束切换网络被配置成用于基于与通信电路相关联的通信信号，在任何实例中在模式启动器电路的输入端处提供一个或多个电信号。因此，在任何实例处，透镜被配置成用于从一个或多个波导接收电磁波，并基于此提供一个或多个输出天线波束。在一些实施例中，波束切换网络被配置成用于根据预定义的波束控制算法来提供一个或多个电信号。

图18描绘了根据本公开的一个实施例的透镜天线系统1800的示例实现方式。在一些实施例中，透镜天线系统1800包括图17中透镜天线系统1700的一种可能的实现方式。透镜天线系统1800包括透镜1804和波导阵列,该波导阵列包括波导1808₁...1808_m的集合。在其他实施例中，波导阵列可以包括任何数量的波导，例如，一个或多个波导。在一些实施例中，波导1808₁...1808_m的集合被配置成用于传递与通信电路1807相关联的电磁波。在一些实施例中，波导1808₁...1808_m的集合中的每个波导包括被配置成用于传递电磁波/辐射的结构。在一些实施例中，与波导阵列相关联的波导1808₁...1808_m的集合包括由电介质材料制成的电介质波导集合。在一些实施例中，波导1808₁...1808_m的集合包括电介质棒集合。然而，在其他实施例中，波导1808₁...1808_m的集合可以被不同地实现。

在一些实施例中，透镜1804与波导1808₁...1808_m的集合耦合。在一些实施例中，透镜1804被配置成用于接收与波导1808₁…1808_m的集合中的一个或多个波导相关联的电磁波，以便提供一个或多个输出天线波束。在一些实施例中，与波导阵列相关联的波导1808₁…1808_m的集合被直接连接/耦合到透镜1804。然而，在其他实施例中，与波导阵列相关联的波导1808₁…1808_m的集合可以被间接地耦合到透镜1804(例如，彼此靠近地放置并且经由电磁波耦合)。在一些实施例中，透镜天线系统1800进一步包括模式启动器电路，该模式启动器电路包括分别耦合到波导1808₁…1808_m的集合的模式启动器电路1806₁…1806_m的集合。在一些实施例中，模式启动器电路被配置成用于基于与通信电路1807相关联的通信信号(例如，电信号)来生成电磁波。

具体而言，在一些实施例中，模式启动器电路被配置成用于将与通信电路1807相关联的电信号转换为电磁波。在一些实施例中，模式启动器电路1806₁…1806_m的集合分别被耦合到波导1808₁…1808_m的集合，并被配置成用于生成相应的电磁波集合，以便激发波导1808₁…1808_m的集合。在一些实施例中，透镜天线系统1800进一步包括波束切换网络1805，该波束切换网络1805被配置成用于基于与通信电路1807相关联的通信信号1810₁…1810_n，在任何实例中在模式启动器电路的输入端处提供一个或多个电信号1809₁…1809_m。因此，在任何实例处，可以基于模式启动器电路输入端处的一个或多个电信号1809₁…1809_m来激发波导1808₁…1808_m的集合中的一个或多个波导。因此，在任何实例处，透镜1804被配置成用于从与波导1808₁…1808_m的集合相关联的一个或多个波导接收电磁波，并基于此提供一个或多个输出天线波束。在一些实施例中，透镜1804可以采取任何形式，包括梯度指数透镜、传统的电介质透镜等。在一个实施例中，透镜1804可以包括具有不同填充因子的单位晶格的3维(3D)可打印透镜，如图19c所示。在一些实施例中，波束切换网络1805被配置成用于根据预定义的波束控制算法1803在模式启动器电路的输入端处提供电信号1809₁…1809_m的集合中的一个或多个电信号。

在一些实施例中，该模式发射器电路1806₁…1806_m的集合、波束切换网络1805和预定义波束控制算法1803形成激励电路(例如，图1中的激励电路1706)的一部分。在一些实施例中，波导1808₁…1808_m的集合中的每个波导均始终具有均匀的截面，如图19a和图19b所描绘。具体而言，图19a图示出包括具有均匀截面的波导的透镜天线系统1900的3维(3D)视图，并且图19b图示出透镜天线系统1900的自顶向下的视图。在该实施例中，与透镜天线系统1900相关联的波导集合中的每个波导被示出为具有正方形形状的均匀截面。然而，在其他实施例中，波导的其他3维(3D)形状(例如，矩形、圆柱形等)也被构想为在本公开的范围内。

替代地，在一些实施例中，波导1808₁…1808_m的集合中的每个波导包括非均匀的截面，如图20a和图20b所描绘。具体而言，图20a和图20b图示出透镜天线系统2000，该透镜天线系统2000包括具有锥形截面的波导，其中锥形端部(即具有较小截面的端部)耦合至透镜。在该实施例中，与透镜天线系统2000相关联的波导集合中的每个波导被示出为具有正方形形状的均匀截面。然而，在其他实施例中，波导的其他3维(3D)形状(例如，矩形、圆柱形等)也被构想为在本公开的范围内。在一些实施例中，波导具有朝向透镜的非均匀截面(即朝向透镜的锥形)，在模式启动器和锥形棒馈送之间的接口处提供宽阻抗匹配。在一些实施例中，波导的截面(在图18、图19a-图19b和图20a-图20b中)保持在亚波长范围内，以迫使倏逝波传播模式在传播方向的横向平面上。进一步地，在其他实施例中，透镜的其他非均匀截面(与具有耦合至透镜的锥形端部的锥形设计不同)也被认为是在本公开的范围内。

在一些实施例中，利用透镜天线系统中的波导集合(例如，图18中的波导集合1808₁…1808_m)能够实现基于一次激发一个波导的波束形成和波束转向。具体而言，图21a、图21b和图21c图示出基于一次激发一个具有均匀截面的电介质棒(或波导)的波束扫描。进一步地，图22a、图22b和图22c图示出基于一次激发一个具有锥形截面的电介质棒(或波导)的波束扫描。除了转向能力，利用透镜天线系统中的波导集合(例如，图18中的波导1808₁…1808_m的集合)允许直接的多波束生成。具体而言，图23图示出基于激发两个具有均匀截面的电介质棒(或波导)的双波束射线跟踪。在该配置中，两个棒在没有移相器的情况下同时被激发。在其他实施例中，两个或更多个的棒或波导可以同时被激发以实现多波束生成。进一步地，图24图示出利用锥形电介质棒(或波导)进行的三波束跟踪。在该配置中，三个锥形电介质棒在没有移相器的情况下同时被激发。在其他实施例中，两个或更多个的棒或波导可以同时被激发以实现多波束生成。

在一些实施例中，利用透镜天线系统中的波导集合(例如，图18中的波导18081...1808m的集合)能够基于激发多个棒(例如，两个或更多个波导)来实现波束拓宽能力，以解决各种应用场景，如图25所图示。具体而言，图25图示出基于利用具有均匀截面的波导的波束拓宽。然而，在其他实施例中，波束拓宽可以基于利用具有非均匀截面(例如，锥形截面)的波导来实现。在此类实施例中，透镜(例如，图18中的透镜1804)被配置成用于基于与两个或更多个波导相关联的电磁波提供单个输出波束。在一些实施例中，通过激发多个波导或棒以用于波束拓宽，经拓宽的波束的旁瓣水平相比较窄的波束情形的旁瓣水平低，而不需要在控制指向性与旁瓣水平之间的权衡方面投入任何努力。

参考回图18，在一些实施例中，透镜天线系统中的波导集合(例如，图18中的波导18081...1808m的集合)相对于透镜被布置在方位角平面，如上述图18、图19a-图19b和图20a-图20b中所图示。然而，在其他实施例中，透镜天线系统中的波导集合(例如，图18中的波导1808₁…1808_m的集合)可以相对于透镜被布置在仰角平面上。替代地，在一些实施例中，透镜天线系统中的波导集合(例如，图18中的波导1808₁…1808_m的集合)相对于透镜既被布置在方位角平面中又被布置在仰角平面中，如图26a和图26b中所图示。具体而言，图26a和图26b图示出透镜天线系统2600，其中波导集合相对于透镜既被布置在方位平面中又被布置在仰角平面中。在一些实施例中，将波导集合相对于透镜既布置在方位平面中又布置在仰角平面中能够实现双平面射线跟踪。

参考回图18，在一些实施例中，透镜1804包括穿孔结构，如图27a和图27b所示。在一些实施例中，图27a和图27b图示出根据本公开的一个实施例的包括穿孔透镜的透镜天线系统2700。具体而言，图27a图示出透镜天线系统2700的3D视图，并且图27b图示出透镜天线系统2700的自顶向下视图。在一些实施例中，透镜天线系统2700包括图18中的透镜天线系统1800的一种可能的实现方式。参考图27a，透镜天线系统2700包括透镜2702和波导阵列，该波导阵列包括沿透镜2702的圆周布置的波导2704₁,2704₂等的集合。在该实施例中，波导2704₁、2704₂等的集合被示出为沿整个透镜2702的圆周被布置。然而，在其他实施例中，该波导2704₁、2704₂等的集合可以仅沿透镜2702的圆周的一部分被布置。

在一些实施例中，透镜2702包括穿孔结构。在一些实施例中，与透镜2702相关联的穿孔具有与其相关联的预定义对称性。在一些实施例中，波导2704₁、2704₂等的集合被布置成符合透镜2702的形状。在该实施例中，透镜2702包括圆柱形形状。然而，在其他实施例中，透镜2702可以包括任何不同的形状。进一步地，在该实施例中，波导2704₁、2704₂等的集合被示出为具有类似钉状物的结构。然而，在其他实施例中，波导2704₁、2704₂等的集合可以以符合透镜2702的任何不同形式被实现。在一些实施例中，波导2704₁、2704₂等的集合被直接集成(或间接连接)到透镜。然而，在其他实施例中，波导2704₁、2704₂等的集合可以间接地耦合到透镜2702。

返回参考图18，在一些实施例中，波导1808₁…1808_m的集合包括受场约束和受阻抗控制的波导。具体而言，在一些实施例中，波导1808₁…1808_m的集合中的每个波导都具有其既径向变化又轴向变化的折射率，如下文等式(3)给出：

在一些实施例中，波导1808₁…1808_m的集合的径向折射率与沿轴向方向的高斯折射率变化进行卷积。在一些实施例中，波导的折射率是基于混合用于形成波导的不同材料而变化的。替代地，在其他实施例中，可以通过在形成波导的同质材料中添加不同尺寸的气孔来改变折射率。然而，形成具有不同折射率的波导的其他方法也被构想为在本公开的范围内。在一些实施例中，在朝向透镜(例如，图18中的透镜1804)的轴向方向缓慢变化的高斯折射率模拟逐渐减小，以获得更好的阻抗匹配，同时避免了锥形波导的精密性。在一些实施例中，受场约束和受阻抗控制的波导集合包括圆柱形波导。然而，在其他实施例中，受场约束和受阻抗控制的波导集合包括圆柱形波导，可以包括任何不同的形状的波导。进一步地，在一些实施例中，受场约束和受阻抗控制的波导集合包括由电介质材料制成的电介质波导。然而，在其他实施例中，受场约束和受阻抗控制的波导集合可以以不同方式被实现。

图28图示出根据本公开的一个实施例的用于示例性透镜天线系统的方法2800的流程图。在此参考图18中的透镜天线系统1800解释该方法2800。然而，该方法2800同样分别适用于图19a-图19b、图20a-图20b、图26a-图26ab和图27a-图27b中的透镜天线系统1900、2000、2600和2800。在2802处，与通信电路(例如，图18中的通信电路1807)相关联的电磁波使用与波导阵列相关联的波导集合(例如，图18中的波导1808₁…1808_m的集合)中的一个或多个波导进行传递。在一些实施例中，波导集合包括由电介质材料制成的电介质波导集合。在2804处，与波导集合的一个或多个波导相关联的电磁波在耦合到该波导集合的透镜(例如，图18中的透镜1804)处被接收，以便提供基于此的一个或多个输出天线波束。在一些实施例中，与波导阵列相关联的波导集合直接连接/耦合到透镜。然而，在其他实施例中，与波导阵列相关联的波导的集合可以被间接地耦合到透镜(例如，彼此靠近地放置并且经由电磁波耦合)。

在一些实施例中，与波导阵列相关联的波导集合中的每个波导均始终具有均匀的截面，如图19a和图19b所描绘。替代地，在其他实施例中，与波导阵列相关联的波导集合中的每个波导具有非均匀的截面(例如，锥形截面)，如图20a和图20b所描绘。在一些实施例中，与波导阵列相关联的波导集合相对于透镜被布置在方位角平面中，如上文图18、图19a-图19b和图20a-图20b中所图示。然而，在其他实施例中，与波导阵列相关联的波导集合可以相对于透镜被布置在仰角平面上。替代地，在一些实施例中，与波导阵列相关联的波导集合相对于透镜既被布置在方位角面中又被布置在仰角面中，如图26a和图26b所图示。

在一些实施例中，透镜(例如，图18中的透镜1804)包括穿孔结构，如图27a和图27b中所示。在此类实施例中，与透镜相关联的穿孔具有与其相关联的预定义对称性。在此类实施例中，与波导阵列相关联的波导集合被布置成符合透镜(具有穿孔结构)的形状。此外，在一些实施例中，与波导阵列相关联的波导集合包括受场约束和受阻抗控制的波导。具体而言，在一些实施例中，与波导阵列相关联的波导集合中的每个波导都具有其既径向变化又轴向变化的折射率，如下文等式(3)给出：

图29图示出根据本公开的一个实施例的支持2维(2D)波束转向的示例性透镜天线系统2900的简化框图。在一些实施例中，透镜天线系统2900可以是无线通信系统的一部分，例如，毫米波(mmW)系统。进一步地，在一些实施例中，透镜天线系统2900可以是雷达系统的一部分。在一些实施例中，透镜天线系统2900包括天线源电路2902和透镜2904。在一些实施例中，天线源电路2902可以是射频前端模块(RFEM)的一部分，并且透镜2904可以被安装在RFEM的顶部上。在一些实施例中，透镜2904包括无源组件。然而，本发明也构想透镜2904包括有源配置，在一些实施例中，该有源配置将允许透镜2904的动态重新配置。在一些实施例中，天线源电路2902被配置成用于向透镜2904提供天线源波束2906。在一些实施例中，透镜2904被配置成用于接收天线源波束2906并基于所接收的天线源波束2906提供输出波束2908。在一些实施例中，透镜2904被配置成用于减少与所接收的天线源波束2906相关联的主波束宽度，从而增强透镜天线系统2900的增益。

在一些实施例中，所接收的天线源波束2906包括与其相关联的相位延迟曲线。在一些实施例中，与所接收的天线波束2906相关联的相位延迟曲线定义了与在透镜上的不同位置处所接收的天线源波束2906相关联的相位延迟。在一些实施例中，透镜2904被配置成用于在提供输出波束2908之前，根据与透镜2904相关联的相位补偿曲线，向所接收的天线源波束2906提供相位补偿。在一些实施例中，与透镜2904相关联的相位补偿曲线定义了由透镜在透镜的不同位置处向所接收的天线源波束2906提供的相位补偿。在一些实施例中，透镜2904的相位补偿曲线以透镜2904提供2维(2D)波束转向的方式被配置，其进一步的细节在下面的实施例中给出。

在一些实施例中，提供2D波束转向的透镜是指按照其对应的天线源波束(例如，天线源波束2906)的波束转向方向(或与其对应的天线源波束(例如，天线源波束2906)的波束转向方向对齐)来引导输出波束(例如，输出波束2908)的透镜。在一些实施例中，透镜2904包括平面透镜。然而，在其他实施例中，透镜2904可以与平面透镜不同地被实现。在一些实施例中，透镜2904可以包括任何形状、长方形、圆形等。在一些实施例中，透镜2904可以由任何材料制成，例如，塑料、电介质等。在一些实施例中，透镜2904与天线源电路2902分开一定距离，例如，气隙。在一些实施例中，天线源电路2902包括具有波束转向能力的相控天线阵列(PAA)电路。然而，在其他实施例中，天线源电路2902可以包括任何类型的天线电路(可以具有或不具有波束转向能力)，例如喇叭天线。

图30图示出根据本公开的一个实施例的支持二维波束转向是透镜天线系统3000的示例实现方式。在一些实施例中，透镜天线系统3000包括图29中透镜天线系统2900的一种可能的实现方式。透镜天线系统3000包括天线源电路3002和透镜3004。在该实施例中，天线源电路3002包括相控阵天线(PAA)电路，并且透镜3004包括平面透镜。然而，在其他实施例中，天线源电路3002和透镜3004可以不同地被实现。在一些实施例中，天线源电路3002被配置成用于向透镜3004提供天线源波束3006。在一些实施例中，透镜3004被配置成用于接收天线源波束3006并基于所接收的天线源波束3006提供输出波束3008。

在一些实施例中，由天线源波束3006到达透镜上的不同位置所行进的距离是不同的，如在图30中可以看到。因此，在一些实施例中，与在透镜上的不同位置处的天线源波束相关联的相位延迟是不同的，如由天线源波束3006的相位延迟曲线3010所定义。在一些实施例中，相位延迟曲线3010的X轴图示出透镜3004上的不同位置，并且Y轴图示出天线源波束3006在透镜3004上不同位置处的相位延迟。在一些实施例中，相位延迟曲线3010基于天线源电路3002和透镜3004相对于彼此的预定义位置而被确定。

在一些实施例中，透镜3004被配置成用于在提供输出波束3008之前，根据与透镜3004相关联的相位补偿曲线3020，向所接收的天线源波束3006提供相位补偿。在一些实施例中，与透镜3004相关联的相位补偿曲线3020定义了由透镜3004在透镜3004的不同位置处向所接收的天线源波束3006提供的相位补偿。在一些实施例中，透镜3004的相位补偿曲线3020以透镜3004提供二维(2D)波束转向的方式被配置。在一些实施例中，提供2D波束转向的透镜是指按照其对应的天线源波束(例如，天线源波束3008)的波束转向方向(或与其对应的天线源波束(例如，天线源波束3006)的波束转向方向对齐)来引导输出波束(例如，输出波束2908)的透镜。

在一些实施例中，透镜3004的相位补偿曲线3020以与在透镜的不同位置处所接收的天线源波束3006相关联的相位延迟在透镜3004处不完全被补偿的方式被配置，以便提供二维波束转向，该相位延迟由天线源波束3006的相位延迟曲线3010定义。在一些实施例中，如果透镜3004的相位补偿曲线被配置成用于完全补偿与透镜的不同位置处所接收的天线源波束3006相关联的相位延迟，则2D波束转向可能不被透镜3004支持。具体而言，图31图示出透镜天线系统3100，其中透镜3104的相位补偿曲线3120被配置成用于完全补偿与透镜3104的不同位置处所接收的天线源波束3106相关联的相位延迟(由天线源波束3106的相位延迟曲线3110定义)。可以看出，透镜3104的相位补偿曲线3120是天线源波束3106的相位延迟曲线3110的确切倒数，这导致对与透镜3104的不同位置处所接收的天线源波束3106相关联的相位延迟的完全补偿。在此类实施例中，输出波束3108包括准直波束。在此类实施例中，输出波束3108包括相位延迟曲线3130，该相位延迟曲线3130在透镜上的所有位置处是常数或零。因此，在此类实施例中，无论天线源波束3106的波束转向方向如何，输出波束3108总是在同一方向转向。换句话说，在此类实施例中，透镜3104不为输出波束3108提供波束转向。

图32a和图32b图示出示例性透镜天线系统3200，示例性透镜天线系统3200包括不为输出波束提供波束转向的透镜3204和作为天线源电路的相控天线阵列(PAA)电路3202。在一些实施例中，PAA电路3202具有波束转向能力。如从图32a和图32b中可以看出，透镜3204的相位补偿曲线3220被配置成用于完全补偿与透镜3204的不同位置处所接收的天线源波束3206相关联的相位延迟(由天线源波束3206的相位延迟曲线3110定义)。因此，在该实施例中，图32a中朝向宽边的天线源波束3206由透镜3204基于透镜3204的相位补偿曲线3230在宽边方向上引导。进一步地，图32b中朝向左侧的天线源波束3206也由透镜3204基于透镜3204的相位补偿曲线3230在宽边方向上引导，从而仅提供具有固定波束方向的输出波束3208。

因此，参考图30，在一些实施例中，透镜3004的相位补偿曲线3020被配置成不是天线源波束3006的相位延迟曲线3010的确切倒数，以便向所接收的天线源波束3006提供小于完全补偿(即部分补偿)。进一步地，在一些实施例中，透镜3004的相位补偿曲线3020以输出波束3008的相位延迟曲线与输入波束3006的相位延迟曲线3010相似的方式被配置，以便提供二维波束转向，如下文参考图33a和图33b进一步解释的那样。在一些实施例中，利用透镜3004与天线源电路3002一起导致增益增强与天线源电路3002的最大扫描角度之间的权衡。具体而言，在一些实施例中，利用透镜3004导致天线源电路3002的增益增强，然而，天线源电路3002的最大扫描角减少，如图35中的表3500所示。从图35中的表3500可以看出，透镜型号5067α、5067、6060和7090相对于不使用透镜的情况(即，仅使用RFEM(参见第3510行))，提供了更高的增益(参见第3502列)。然而，相对于不使用透镜的情形(即，仅使用RFEM(参见第3510行))，透镜型号5067α、5067、6060和7090提供较低的扫描角(参见第3504和3506列)。

在一些实施例中，基于天线源波束3006的相位延迟曲线3010来修改透镜3004的设计/几何形状，以便实现透镜3004的相位补偿曲线3020。在一些实施例中，透镜3004包括多个单位晶格，如图34a中所图示。在一些实施例中，多个单位晶格可以按六边形晶格布置，如图34a中所图示。然而，单位晶格的其他布置也被构想成在本公开的范围内。在此类实施例中，基于天线源波束3006的相位延迟曲线3010来修改多个单位晶格中的单位晶格集合的几何形状，以便实现透镜3004的相位补偿曲线3020。在一些实施例中，多个单位晶格中的每个单位晶格包括与其相关联的通孔。在一些实施例中，修改单位晶格集合的几何形状包括改变与该单位晶格集合相关联的通孔的直径。图34a图示出根据本公开的一个实施例的透镜3400。在一些实施例中，图34a中的透镜3400包括图30中的透镜3004或图29中的透镜2904的一种可能实现方式。

替代地，在一些实施例中，图30中的透镜3004可以被实现为包括多个单位晶格的印刷电路板(PCB)透镜3420，如图34b所图示。在一些实施例中，多个单位晶格可以按矩形晶格布置，如图34b中所图示。然而，单位晶格的其他布置也被构想成在本公开的范围内。在此类实施例中，基于天线源波束3006的相位延迟曲线3010来修改多个单位晶格的单位晶格集合的几何形状，以便实现透镜3004的相位补偿曲线3020。返回参考图30，进一步地，在一些实施例中，透镜3004可以被实现为波带片透镜3450，波带片透镜3450包括多个波带片，如图34c和图34d中所图示。在此类实施例中，基于天线源波束3006的相位延迟曲线3010来修改波带片的布置或设计(例如，波带片的曲率、宽度、高度等)，以实现透镜3004的相位补偿曲线3020。进一步地，图30中的透镜3004的其他实现方式也被构想为在本公开的范围内。

图33a和图33b图示出根据本公开的一个实施例的支持二维波束转向的透镜天线系统3300的示例实现方式。在一些实施例中，透镜天线系统3300与图30中的透镜天线系统3000类似，并在此提出以清楚地说明根据本公开的一个实施例的与透镜相关联的2D波束转向能力。透镜天线系统3300包括天线源电路3302和透镜3304。在该实施例中，天线源电路3302包括相控阵天线(PAA)电路，并且透镜3304包括平面透镜。然而，在其他实施例中，天线源电路3302和透镜3304可以不同地被实现。在一些实施例中，天线源电路3302被配置成用于向透镜3306提供天线源波束3304。在一些实施例中，透镜3304被配置成用于接收天线源波束3306并基于所接收的天线源波束3306提供输出波束3308。

在一些实施例中，天线源波束3306包括与其相关联的相位延迟曲线3310。在一些实施例中，相位延迟曲线3310的X轴图示出透镜3304上的不同位置，并且Y轴图示出天线源波束3306在透镜3304上不同位置处的相位延迟。在一些实施例中，相位延迟曲线3310基于天线源电路3304和透镜3302相对于彼此的预定义位置而被确定。在一些实施例中，透镜3304被配置成用于在提供输出波束3308之前，根据与透镜3304相关联的相位补偿曲线3320，向所接收的天线源波束3306提供相位补偿。在一些实施例中，与透镜3304相关联的相位补偿曲线3320定义了由透镜3304在透镜3304的不同位置处向所接收的天线源波束3306提供的相位补偿。在一些实施例中，透镜3304的相位补偿曲线3320以透镜3304提供二维(2D)波束转向的方式被配置。从图33a中可以看出，朝向宽边的天线源波束3306由透镜3304基于透镜3304的相位补偿曲线3330在宽边方向上引导。进一步地，朝向左侧的天线源波束3306由透镜3304基于透镜3304的相位补偿曲线3330朝向左侧转向，从而提供2D波束转向。

在一些实施例中，透镜3304的相位补偿曲线3320以与在透镜的不同位置处所接收的天线源波束3306相关联的相位延迟在透镜3304处不完全被补偿的方式被配置，以便提供二维波束转向，该相位延迟由天线源波束3306的相位延迟曲线3310定义。具体而言，如在图33a和图33b中可以看到，透镜3304的相位补偿曲线3320被配置成不是天线源波束3306的相位延迟曲线3310的确切倒数，以便向天线源波束3306提供小于完全补偿(即部分补偿)。进一步地，在一些实施例中，透镜3304的相位补偿曲线3320以输出波束3308的相位延迟曲线与输入波束3306的相位延迟曲线3310相似的方式被配置，以便提供二维波束转向。在一些实施例中，输出波束3308的相位延迟曲线3330与输入波束3306的相位延迟曲线3310相似，使得输出波束3308能够被转向成对准天线源波束3306的波束转向方向。

图36图示出根据本公开的一个实施例的用于支持2D波束转向的示例性透镜天线系统的方法3600的流程图。在此参考图30中的透镜天线系统3000解释该方法3600。然而，该方法3600同样适用于图29中的透镜天线系统2900和图33a-图33b中的透镜天线系统3300。在3602处，在透镜(例如，图30中的平面透镜3004)处接收与天线源电路(例如，图30中的天线源电路3002)相关联的天线源波束(例如，图30中的天线源波束3006)。在3604处，基于所接收的天线源波束的输出波束(例如，图30中的输出波束3008)从透镜被提供。在一些实施例中，与所接收的天线源波束相比，输出波束具有更高的功率。在3606处，在提供输出波束之前，透镜要根据与透镜相关联的相位补偿曲线(例如，图30中的相位补偿曲线3020)向所接收的天线源波束提供相位补偿。

在一些实施例中，透镜的相位补偿曲线以透镜提供二维(2D)波束转向的方式被配置。换句话说，透镜根据所接收的天线源波束的波束转向方向来引导输出波束。在一些实施例中，透镜的相位补偿曲线以与在透镜的不同位置处所接收的天线源波束3306相关联的相位延迟在透镜处不完全被补偿的方式被配置，以便提供二维波束转向,该相位延迟由天线源波束的相位延迟曲线定义。进一步地，在一些实施例中，透镜的相位补偿曲线以输出波束的相位延迟曲线与输入波束的相位延迟曲线相似的方式被配置，以便提供2D波束转向，如上文关于图33a和图33b所解释。

虽然上述方法被说明和描述为一系列动作或事件，但将领会，所说明的此类动作或事件的顺序不应解释为限制意义的。例如，一些动作可能以不同的顺序发生和/或与除了本文所说明和/或所描述的动作或事件之外的其他动作或事件同时发生。另外，并非所有说明的动作都需要实现本文公开的一个或多个方面或实施例。而且，本文描绘的动作中的一个或多个动作可以在一个或多个单独的动作和/或阶段中被执行。

虽然已经相对于一个或多个实现方式对装置进行了说明和描述，但在不背离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以对说明的示例进行改变和/或修改。特别是关于由上述组件或结构(组件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，用于描述此类组件的术语(包括对“装置”的引用)旨在与执行所述组件的指定功能的任何组件或结构(例如，在功能上等同的组件或结构)相对应，即使在结构上不等同于在本文说明的本发明的示例性实现方式中执行该功能的公开结构。

特别是关于由上述组件或结构(组件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，用于描述此类组件的术语(包括对“装置”的引用)旨在与执行所述组件的指定功能的任何组件或结构(例如，在功能上等同的组件或结构)相对应，即使在结构上不等同于在本文说明的本公开的示例性实现方式中执行该功能的公开结构。另外，虽然特定的特征可能仅相对于若干个实现方式中的一个实现方式被公开，但此类特征可与其他实现方式中的一个或多个其他特征组合，这对于任何给定或特定应用是所期望的并且有利的。

虽然已经相对于一个或多个实现方式对发明进行了说明和描述，但在不背离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以对说明的实施例进行改变和/或修改。特别是关于由上述组件或结构(组件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，用于描述此类组件的术语(包括对“装置”的引用)旨在与执行所述组件的指定功能的任何组件或结构(例如，在功能上等同的组件或结构)相对应，即使在结构上不等同于在本文说明的本发明的示例性实现方式中执行该功能的公开结构。

示例可以包括主题，诸如：方法；用于执行所述方法的动作或块的装置；至少一种包括指令的机器可读介质，所述指令当由机器执行时使所述机器执行所述方法的动作；或用于根据本文中所描述的实施例和示例使用多个通信技术的并发通信的装置或系统。

示例1是一种透镜天线系统，包括混合焦点源天线电路，该混合焦点源天线电路被配置成用于生成源天线波束，该混合焦点源天线电路包括彼此耦合的天线元件集合，该天线元件集合包括：第一天线元件，该第一天线元件被配置成用于在第一球面模式下被激发；以及第二天线元件,该第二天线元件被配置成用于在不同的第二球面模式下被激发；其中，第一球面模式和第二球面模式是共极化的。

示例2是透镜天线系统，包括示例1的主题，其中天线元件集合进一步包括一个或多个天线元件，该一个或多个天线元件被配置成用于在一个或多个相应的球面模式下被激发，其中该一个或多个球面模式相对于第一球面模式和第二球面模式是共极化的。

示例3是透镜天线系统，包括示例1-2的主题，包括或省略元素，其中一个或多个球面模式包括一个或多个不同的球面模式，并且该一个或多个球面模式与第一球面模式和第二球面模式不同。

示例4是透镜天线系统，包括示例1-3的主题，包括或省略元素，其中第一球面模式包括基本球面模式，并且第二球面模式包括较高阶球面模式。

示例5是透镜天线系统，包括示例1-4的主题，包括或省略元素，其中第一球面模式和第二球面模式包括横向磁(TM)模式。

示例6是透镜天线系统，包括示例1-5的主题，包括或省略元素，其中第一球面模式和第二球面模式包括横向电(TE)模式。

示例7是透镜天线系统，包括示例1-6的主题，包括或省略元素，其中第一天线元件和第二天线元件从单个输入端被馈送。

示例8是透镜天线系统，包括示例1-7的主题，包括或省略元素，其中第一天线元件和第二天线元件分别从2个分开的平衡输入端被馈送。

示例9是透镜天线系统，包括示例1-8的主题，包括或省略元素，其中第一天线元件和第二天线元件同时被激发。

示例10是透镜天线系统，包括示例1-9的主题，包括或省略元素，其中第一天线元件和第二天线元件分开地被激发。

示例11是透镜天线系统，包括示例1-10的主题，包括或省略元素，进一步包括透镜，该透镜被配置成用于对与混合焦点源天线电路相关联的源天线波束进行塑形以便提供输出天线波束。

示例12是透镜天线系统，包括示例1-11的主题，包括或省略元素，其中透镜包括分区楞勃透镜、球面气隙(SAG)透镜、盘状透镜、球面穿孔楞勃透镜、和钉状透镜中的一者。

示例13是一种透镜天线系统，包括混合焦点源天线电路，该混合焦点源天线电路被配置成用于生成源天线波束，该混合焦点源天线电路包括彼此耦合的天线元件集合，该天线元件集合包括：第一天线元件，该第一天线元件被配置成用于在第一球面模式下被激发；以及第二天线元件,该第二天线元件被配置成用于在不同的第二球面模式下被激发；其中，第一球面模式和第二球面模式是共极化的；以及透镜，该透镜被配置成用于对与混合焦点源天线电路相关联的源天线波束进行塑形以便提供输出天线波束。

示例14是透镜天线系统，包括示例13的主题，其中天线元件集合进一步包括一个或多个天线元件，该一个或多个天线元件被配置成用于在一个或多个相应的球面模式下被激发，其中该一个或多个球面模式相对于第一球面模式和第二球面模式是共极化的。

示例15是透镜天线系统，包括示例13-14的主题，包括或省略元素，其中一个或多个球面模式包括一个或多个不同的球面模式，并且该一个或多个球面模式与第一球面模式和第二球面模式不同。

示例16是透镜天线系统，包括示例13-15的主题，包括或省略元素，其中第一球面模式包括基本球面模式，并且第二球面模式包括较高阶球面模式。

示例17是透镜天线系统，包括示例13-16的主题，包括或省略元素，其中第一球面模式和第二球面模式包括横向磁(TM)模式。

示例18是透镜天线系统，包括示例13-17的主题，包括或省略元素，其中第一球面模式和第二球面模式包括横向电(TE)模式。

示例19是透镜天线系统，包括示例13-18的主题，包括或省略元素，其中透镜包括分区楞勃透镜、球面气隙(SAG)透镜、盘状透镜、球面穿孔楞勃透镜、和钉状透镜中的一者。

示例20是一种用于透镜天线系统的方法，包括：提供混合焦点源天线电路，该混合焦点源天线电路包括彼此耦合的天线元件集合，该天线元件集合包括第一天线元件和不同的第二天线元件；将第一天线元件配置成用于在第一球面模式下被激发；以及将第二天线元件配置成用于在不同的第二球面模式下被激发，其中第一球面模式和第二球面模式是共极化的。

示例21是方法，包括示例20的主题，其中天线元件集合进一步包括一个或多个天线元件，该一个或多个天线元件被配置成用于在一个或多个相应的球面模式下被激发，其中该一个或多个球面模式相对于第一球面模式和第二球面模式是共极化的。

示例22是方法，包括示例20-21的主题，包括或省略元素，其中一个或多个球面模式包括一个或多个不同的球面模式，并且该一个或多个球面模式与第一球面模式和第二球面模式不同。

示例23是方法，包括示例20-22的主题，包括或省略元素，其中第一球面模式包括基本球面模式，并且第二球面模式包括较高阶球面模式。

示例24是一种与透镜天线系统相关联的级联透镜系统，包括：聚焦透镜，该聚焦透镜被配置成用于接收与源天线电路相关联的准直波束并对准直波束进行聚焦，以便将准直波束从空间域转换为空间频率域，从而形成与聚焦透镜相关联的经聚焦的波束；以及准直透镜，该准直透镜被配置成用于耦合到经聚焦的波束并对与经聚焦的波束相关联的选择空间频率分量进行准直，从而形成真实准直波束。

示例25是级联透镜系统，包括示例24的主题，进一步包括准准直透镜，该准准直透镜被配置成用于接收与源天线电路相关联的源天线辐射并对该源天线辐射进行准直以形成与源天线电路相关联的准直波束。

示例26是级联透镜系统，包括示例24-25的主题，包括或省略元素，进一步包括空间滤波板，该空间滤波板位于聚焦透镜和准直透镜之间，并被配置成用于过滤掉与经聚焦的波束相关联的不想要的空间频率分量，从而向准直透镜提供与经聚焦的波束相关联的选择空间频率分量。

示例27是级联透镜系统，包括示例24-26的主题，包括或省略元素，其中准直透镜距聚焦透镜的距离或准直透镜的尺寸被调整，以便过滤掉与经聚焦的波束相关联的不想要的空间频率分量，从而使准直透镜能够对与经聚焦的波束相关联的选择空间频率分量进行准直。

示例28是级联透镜系统，包括示例24-27的主题，包括或省略元素，其中选择空间频率分量包括基本空间频率分量。

示例29是级联透镜系统，包括示例24-28的主题，包括或省略元素，其中选择空间频率分量包括一个或多个空间频率分量。

示例30是级联透镜系统，包括示例24-29的主题，包括或省略元素，其中准准直透镜和聚焦透镜被集成在一起。

示例31是一种与透镜天线系统相关联的级联透镜系统，包括：准准直透镜，该准准直透镜被配置成用于接收与源天线电路相关联的源天线辐射并对源天线辐射进行准直以形成准直波束；聚焦透镜，该聚焦透镜被配置成用于接收准直波束并对准直波束进行聚焦，以便将准直波束从空间域转换为空间频率域，从而形成与聚焦透镜相关联的经聚焦的波束；以及准直透镜，该准直透镜被配置成用于耦合到经聚焦的波束并对与经聚焦的波束相关联的选择空间频率分量进行准直，从而形成真实准直波束。

示例32是级联透镜系统，包括示例31的主题，进一步包括空间滤波板，该空间滤波板位于聚焦透镜和准直透镜之间，并被配置成用于过滤掉与经聚焦的波束相关联的不想要的空间频率分量，从而向准直透镜提供与经聚焦的波束相关联的选择空间频率分量。

示例33是级联透镜系统，包括示例31-32的主题，包括或省略元素，其中准直透镜距聚焦透镜的距离或准直透镜的尺寸被调整，以便过滤掉与经聚焦的波束相关联的不想要的空间频率分量，从而使准直透镜能够对与经聚焦的波束相关联的选择空间频率分量进行准直。

示例34是级联透镜系统，包括示例31-33的主题，包括或省略元素，其中选择空间频率分量包括基本空间频率分量。

示例35是级联透镜系统，包括示例31-34的主题，包括或省略元素，其中选择空间频率分量包括一个或多个空间频率分量。

示例36是级联透镜系统，包括示例31-35的主题，包括或省略元素，其中准准直透镜和聚焦透镜被集成在一起。

示例37是一种用于与透镜天线系统相关联的级联透镜系统的方法，包括：在聚焦透镜处接收与天线源电路相关联的准直波束并对准直波束进行聚焦，以便将准直波束从空间域转换为空间频率域，从而形成与聚焦透镜相关联的经聚焦的波束；以及在准直透镜处接收经聚焦的波束并对与经聚焦的波束相关联的选择空间频率分量进行准直，从而形成真实准直波束。

示例38是方法，包括示例37的主题，进一步包括：在准准直透镜处接收与源天线电路相关联的源天线辐射并对该源天线辐射进行准直以形成与源天线电路相关联的准直波束。

示例39是方法，包括示例37-38的主题，包括或省略元素，进一步包括：使用位于聚焦透镜和准直透镜之间的空间滤波板过滤掉与经聚焦的波束相关联的不想要的空间频率分量，从而向准直透镜提供与经聚焦的波束相关联的选择空间频率分量。

示例40是方法，包括示例37-39的主题，包括或省略元素，进一步包括基于调整准直透镜与聚焦透镜的距离或准直透镜的尺寸来过滤掉与经聚焦的波束相关联的不想要的空间频率分量，从而使准直透镜能够对与经聚焦的波束相关联的选择空间频率分量进行准直。

示例41是方法，包括示例37-40的主题，包括或省略元素，其中选择空间频率分量包括基本空间频率分量。

示例42是方法，包括示例37-41的主题，包括或省略元素，其中选择空间频率分量包括一个或多个空间频率分量。

示例43是一种透镜天线系统，包括：波导阵列，该波导阵列包括波导集合，其中波导集合中的每一个波导被配置成用于传递与通信电路相关联的电磁波；以及透镜，该透镜与波导集合耦合并被配置成用于接收与波导集合中的一个或多个波导相关联的电磁波，以便提供一个或多个输出天线波束。

示例44是透镜天线系统，包括示例43的主题，其中波导集合直接连接到透镜。

示例45是透镜天线系统，包括示例43-44的主题，包括或省略元素，其中波导集合包括分别由电介质材料制成的电介质波导集合。

示例46是透镜天线系统，包括示例43-45的主题，包括或省略元素，其中电介质波导集合分别包括电介质棒集合。

示例47是透镜天线系统，包括示例43-46的主题，包括或省略元素，其中波导集合中的每一个波导包括均匀截面。

示例48是透镜天线系统，包括示例43-47的主题，包括或省略元素，其中波导集合中的每一个波导包括锥形截面，其中锥形端部耦合至透镜。

示例49是透镜天线系统，包括示例43-48的主题，包括或省略元素，其中波导集合相对于透镜被布置在方位角平面或仰角平面中。

示例50是透镜天线系统，包括示例43-49的主题，包括或省略元素，其中波导集合相对于透镜既被布置在方位角平面又被布置在仰角平面中。

示例51是透镜天线系统，包括示例43-50的主题，包括或省略元素，其中透镜包括穿孔结构，其中穿孔具有与其相关联的预定义对称性。

示例52是透镜天线系统，包括示例43-51的主题，其中波导集合中的每个波导的折射率既在径向上变化又在轴向上变化。

示例53是一种用于透镜天线系统的方法，包括使用与波导阵列相关联的波导集合中的一个或多个波导传递与通信电路相关联的电磁波；以及在耦合到波导集合的透镜处接收与波导集合的一个或多个波导相关联的电磁波，以便形成一个或多个输出天线波束。

示例54是方法，包括示例53的主题，其中波导集合直接连接到透镜。

示例55是方法，包括示例53-54的主题，包括或省略元素，其中波导集合包括分别由电介质材料制成的电介质波导集合。

示例56是方法，包括示例53-55的主题，包括或省略元素，其中电介质波导集合分别包括电介质棒集合。

示例57是方法，包括示例53-56的主题，包括或省略元素，其中波导集合中的每一个波导包括均匀截面。

示例58是方法，包括示例53-57的主题，包括或省略元素，其中波导集合中的每一个波导包括锥形截面，其中锥形端部耦合至透镜。

示例59是方法，包括示例53-58的主题，包括或省略元素，其中波导集合相对于透镜被布置在方位角平面或仰角平面中。

示例60是方法，包括示例53-59的主题，包括或省略元素，其中波导集合相对于透镜既被布置在方位角平面又被布置在仰角平面中。

示例61是方法，包括示例53-60的主题，包括或省略元素，其中透镜包括穿孔结构，其中穿孔具有与其相关联的预定义对称性。

示例62是方法，包括示例53-61的主题，其中波导集合中的每个波导的折射率既在径向上变化又在轴向上变化。

示例63是一种透镜天线系统，包括：透镜，该透镜被配置成用于接收与天线源电路相关联的天线源波束；以及基于所接收的天线源波束来提供输出波束；其中透镜被配置成用于在提供输出波束之前，根据与透镜相关联的相位补偿曲线向所接收的天线源波束提供相位补偿；以及其中透镜的相位补偿曲线以透镜提供2维(2D)波束转向的方式被配置。

示例64是透镜天线系统，包括示例63的主题，其中透镜包括平面透镜。

示例65是透镜天线系统，包括示例63-64的主题，包括或省略元素，其中透镜的相位补偿曲线以与在透镜的不同位置处所接收的天线源波束相关联的相位延迟在透镜处不完全被补偿的方式被配置，以便提供二维波束转向，该相位延迟由天线源波束的相位延迟曲线定义。

示例66是透镜天线系统，包括示例63-65的主题，包括或省略元素，其中透镜的相位补偿曲线以输出波束的相位延迟曲线与输入波束的相位延迟曲线相似的方式被配置，以便提供2D波束转向。

示例67是透镜天线系统，包括示例63-66的主题，包括或省略元素，其中透镜的设计或几何形状被修改，以便配置透镜的相位补偿曲线。

示例68是透镜天线系统，包括示例63-67的主题，包括或省略元素，其中透镜包括多个单位晶格，并且其中多个单位晶格的单位晶格集合的几何形状被修改，以便配置透镜的相位补偿曲线。

示例69是透镜天线系统，包括示例63-68的主题，包括或省略元素，其中透镜与天线源电路分开一定距离。

示例70是一种用于透镜天线系统的方法，包括：在透镜处接收与天线源电路相关联的天线源波束；基于所接收的天线源波束，从透镜处提供输出波束；以及在提供输出波束之前，根据与透镜相关联的相位补偿曲线将透镜配置成用于向所接收的天线源波束提供相位补偿，其中透镜的相位补偿曲线以透镜提供二维(2D)波束转向的方式被配置。

示例71是方法，包括示例70的主题，其中透镜包括平面透镜。

示例72是方法，包括示例70-71的主题，包括或省略元素，其中透镜的相位补偿曲线以与在透镜的不同位置处所接收的天线源波束相关联的相位延迟在透镜处不完全被补偿的方式被配置，以便提供二维波束转向，该相位延迟由天线源波束的相位延迟曲线定义。

示例73是方法，包括示例70-72的主题，包括或省略元素，其中透镜的相位补偿曲线以输出波束的相位延迟曲线与输入波束的相位延迟曲线相似的方式被配置，以便提供二维波束转向。

示例74是方法，包括示例70-73的主题，包括或省略元素，其中透镜的设计或几何形状被修改，以便配置透镜的相位补偿曲线。

示例75是方法，包括示例70-74的主题，包括或省略元素，其中透镜包括多个单位晶格，并且其中多个单位晶格的单位晶格集合的几何形状被修改，以便配置透镜的相位补偿曲线。

示例76是方法，包括示例70-75的主题，包括或省略元素，其中透镜与天线源电路分开一定距离。

与本文公开的各方面结合的各种说明性逻辑、逻辑块、模块和电路可以利用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或其任何组合来实现或执行，以执行本文所述的功能。通用处理器可以是微处理器，但是，作为替代方案，处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。

以上对本主题公开的所图示的实施例的描述(包括在摘要中描述的内容)不旨在是排他性的，也不旨在将公开的实施例限于所公开的精确形式。虽然出于说明性目的在本文中描述了具体实施例和示例，但如相关领域技术人员可以认识到的，在此类实施例和示例的范围内有各种修改是可能的。

在这方面，虽然已经结合各种实施例和对应的附图描述了所公开的主题，但在适用时，应理解，可以使用其他类似的实施例或对所描述的实施例进行修改和添加，以执行与所公开的主题的功能相同、类似、替代的或代替的功能而不偏离其内容。因此，所公开的主题不应局限于本文所描述的任何单个实施例，而应根据下文所附的权利要求书在广度和范围上进行解释。