Antenna apparatus and user equipment comprising the same

Abstract

An antenna apparatus is provided, which is configured to radiate tilted beams in a preferred direction with minimal beam distortion. The apparatus comprises one or more radiating elements each comprising a dielectric block, with a differentially fed leaky-wave antenna and a set of conductive tracks provided on the top surface of the dielectric block. The conductive tracks are arranged to guide a radio wave radiated by the antenna along a radiation direction. The antenna apparatus further comprises a Transverse Magnetic (TM) mode reflection structure, as well as first and second Transverse Electric (TE) mode reflection structures. The TM mode reflection structure is provided under the bottom surface of the dielectric block of each radiating element and configured to reflect the TM mode of the radio wave towards the conductive tracks. The first TE mode reflection structure is provided such that, in each radiating element, the antenna is arranged between the first TE mode reflection structure and the conductive tracks. The first TE mode reflection structure is configured to reflect the TE mode of the radio wave towards the conductive tracks. The second TE mode reflection structure is provided, in the radiation direction, after the conductive tracks in each radiating element and configured to reflect the TE mode of the radio wave towards the conductive tracks.

Description

ANTENNA APPARATUS AND USER EQUIPMENT COMPRISING THE SAMETECHNICAL FIELD

[0001] The present disclosure relates generally to the field of antennas that radiate and receive radio waves. In particular, the present disclosure relates to a planar antenna apparatus configured to radiate tilted beams with minimal beam distortion, as well as to a user equipment (UE) comprising the antenna apparatus.BACKGROUND

[0002] More and more radio technologies need to be supported in a mobile device. These technologies may include cellular technologies, such as 2G / 3G / 4G standards, as well as non-cellular technologies, such as Wi-Fi, Bluetooth, etc. In the 5G New Radio (NR) communication technology, an operational frequency range is expanded from the so-called sub-6 GHz to millimeter-wave (mmWave) frequencies (e.g., between 20 GHz and 70 GHz) . At a mmWave frequency, an antenna array is intended to be used in the mobile device, e.g., to form a beam having a higher gain to overcome higher path loss in a propagation media (e.g., a lossy wireless channel) . However, the beam pattern of such an antenna array with a higher gain will result in a narrower beam width. To cope with this issue, different beam steering techniques, such as the application of a phased antenna array, can be utilized to steer the beam towards a different direction on demand. Moreover, more functionalities relying on mmWave frequencies are expected to be added in the upcoming 6G communication technology, such as joint communication and sensing.

[0003] Smart home or office devices are also intended to have built-in mmWave antennas to implement multiple applications, including intelligent building management, security and health monitoring, occupancy sensing and human activity detection. For example, information about human presence may be used to provide smart light control, smart Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) control, turn off unused devices, start self-propelled devices like cleaning robots, check the correct use of certain equipment (e.g., by counting people in an elevator) , etc. Additionally, high-accuracy localization and high- resolution sensing services may provide continuous, real-time physiological information via dynamic, non-invasive, contactless measurements for future digital health technologies.

[0004] Conventionally, an mmWave antenna is implemented as an antenna array, where a main radiation beam is radiated in a broadside direction that is a direction perpendicular to the plane of the antenna array. Alternatively, the main radiation beam can also be radiated in a tilted direction that is a direction at an angle to the plane of the antenna array. The beamforming and beam steering functionalities of the antenna array mainly depend on communication and sensing applications to be used. For the sensing applications, the difference between the beam patterns of all antenna elements in the antenna array should be minimized to provide a proper sensing accuracy. The same is true for the communication applications, since either a higher beamforming gain or a larger range of beam steering can be attained when the difference between the beam patterns of all antenna elements in the antenna array is well under control.

[0005] At the same time, it may be desirable for the main radiation beam to be tilted in a preferred direction. This can be the case when a desired form factor is needed, whereas a circuit board hosting the antenna array cannot be easily accommodated. This can also be the case where a desired angular region is desired for signal coverage.SUMMARY

[0006] This summary is provided to introduce a selection of concepts in a simplified form that are further described below in the detailed description. This summary is not intended to identify key features of the present disclosure, nor is it intended to be used to limit the scope of the present disclosure.

[0007] It is an objective of the present disclosure to provide a planar antenna apparatus that is configured to radiate tilted beams in a preferred direction with minimal beam distortion.

[0008] The objective above is achieved by the features of the independent claims in the appended claims. Further embodiments and examples are apparent from the dependent claims, the detailed description, and the accompanying drawings.

[0009] According to a first aspect, an antenna apparatus is provided. The antenna apparatus comprises at least one radiating element, a Transverse Magnetic (TM) mode reflection structure, a first Transverse Electric (TE) mode reflection structure, and a second TE mode reflection structure. Each of the at least one radiating element comprises a dielectric block having a top surface and a bottom surface, a differentially fed leaky-wave antenna provided on the top surface of the dielectric block, and a set of conductive tracks provided on the top surface of the dielectric block. The leaky-wave antenna is configured to radiate a radio wave having a TM mode and a TE mode. The set of conductive tracks is arranged to guide the TE mode along a (tilted) radiation direction and to suppress the TM mode. The TM mode reflection structure is provided under the bottom surface of the dielectric block of each of the at least one radiating element. The TM mode reflection structure is configured to reflect the TM mode towards the set of conductive tracks. The first TE mode reflection structure is provided such that, in each of the at least one radiating element, the leaky-wave antenna is arranged between the first TE mode reflection structure and the set of metal tracks. The first TE mode reflection structure is configured to reflect the TE mode towards the set of conductive tracks. The second TE mode reflection structure is provided, in the radiation direction, after the set of conductive tracks in each of the at least one radiating element and configured to reflect the TE mode towards the set of conductive tracks. The first and second TE mode reflection structures provide tilted-beam shaping as required for the antenna apparatus. The second TE mode reflection structure may also provide an equal beam shape for each radiating element, by shielding the radiating element from the influence of surrounding interference (e.g., generated by different Radio Frequency Integrated Circuit (RFIC) elements with which the antenna apparatus may be integrated in a single UE) and / or the influence of the radio wave (s) radiated by one or more other radiating elements. By using the antenna apparatus thus configured, it is possible to achieve the desired beamshaping and tilt of a radiation beam with minimal beam distortion. More specifically, the desired beamshaping is provided by the size (i.e., thickness) of the (profiled) antenna apparatus and by its dielectric constant along the radiation direction. Additionally, the first TE mode reflection structure provided behind the leaky-wave antenna in each radiating element may reduce the (parasitic) back lobe in the radiation pattern of the radiating element. All of this may allow the antenna apparatus to be used in sensing and imaging applications (e.g., the antenna apparatus may be used as  Multiple Input Multiple Output (MIMO) radar array) , as well as in contactless vital-sign monitoring and people tracking applications.

[0010] In one exemplary embodiment of the first aspect, the set of conductive tracks comprises a first conductive track extending along the radiation direction and N second conductive tracks each being smaller in length than the first conductive track, where N is an even integer. The N second conductive tracks are separated by the first conductive track such that there is a subset of N / 2 second conductive tracks extending at an angle to the first conductive track on each side of the first conductive track. The subsets of N / 2 second conductive tracks are arranged symmetrically to each other. By using this set of conductive tracks, it is possible to guide the TE mode radio wave along the preferred radiation direction more efficiently (i.e., with less beam losses) . Such arrangement of the conductive tracks may also provide odd mode (i.e., TM mode) parasitic radiation reduction, reducing beam ripples.

[0011] In one exemplary embodiment of the first aspect, the first conductive track is connected to the second TE mode reflection structure via a connection point. This may additionally reduce TM mode parasitic radiation.

[0012] In one exemplary embodiment of the first aspect, the TM mode reflection structure comprises a dielectric substrate having a top surface and a bottom surface, a conductive layer provided on the bottom surface of the dielectric substrate, and an array of conductive patches spaced from each other on the top surface of the dielectric substrate. Each conductive patch of the array of conductive patches is connected to the conductive layer through a conductive via extending through the dielectric substrate. In this embodiment, the TM mode reflection structure is arranged under each of the at least one radiating element such that the bottom surface of the dielectric block of each of the at least one radiating element faces the top surface of the dielectric substrate. With the TM mode reflection structure thus configured, it is possible to minimize leakage losses of the TM mode in the antenna apparatus, thereby further reducing the beam ripples and improving beam uniformity for each radiating element of the antenna apparatus.

[0013] In one exemplary embodiment of the first aspect, the dielectric block of each of the at least one radiating element has a width decreasing along the radiation direction. The dielectric  block thus configured may provide better beam uniformity for each radiating element of the antenna apparatus and better isolation between adjacent radiating elements.

[0014] In one exemplary embodiment of the first aspect, the width of the dielectric block of each of the at least one radiating element decreases along the radiation direction such that the dielectric block has a tapered shape. The dielectric block thus configured may also provide better tilted-beam shaping and beam uniformity for each radiating element of the antenna apparatus.

[0015] In one exemplary embodiment of the first aspect, the at least one radiating element comprises an array of radiating elements having an inter-element spacing defined based on a wavelength of the radio wave radiated by the leaky-wave antenna of each radiating element. Spacing the radiating elements in this manner provides beamshaping and beam tilting as required for the antenna apparatus, thereby enabling communication and sensing performance for the 6G communication technology. Said arrangement may also reduce the mutual influence of adjacent radiating elements on their radiation patterns, thereby further reducing beam distortion.

[0016] In one exemplary embodiment of the first aspect, the inter-element spacing ranges from λ / 4 to 2λ, where λ is a wavelength of the radio wave radiated by the leaky-wave antenna of each radiating element of the array of radiating elements. This inter-element spacing provides a high gain, low phase error beam shaping for precise sensing and imaging by the antenna apparatus.

[0017] In one exemplary embodiment of the first aspect, the leaky-wave antenna in each radiating element comprises a waveguide line comprising at least one discontinuity. With the leaky-wave antenna thus configured, the radio wave may be radiated at the point (s) of inhomogeneity (i.e., discontinuity) of the waveguide line. Furthermore, the leaky-wave antennas thus configured have the advantage of precise beamshaping, low loss and structural simplicity, which may make them suitable for mmWave applications.

[0018] In one exemplary embodiment of the first aspect, the array of radiating elements is formed on a single Printed Circuit Board (PCB) . In this embodiment, each inter-element spacing is represented by a cavity etched on the PCB. Each of said cavities serves as a low dielectric constant dielectric volume between the two adjacent radiating elements. The dielectric  block of each radiating element is formed as a PCB dielectric volume in-between the adjacent cavities. The shape of the cavities is configured such that the PCB dielectric volume of each of the radiating element has a width decreasing along the radiation direction. In one exemplary embodiment of the first aspect, said cavities etched on the PCB are air-filled. Alternatively, said cavities are filled with a dielectric material having a dielectric constant less than the dielectric constant of the PCB dielectric volume. Thus, the array of radiating elements may be manufactured simultaneously with the other elements of the antenna apparatus in a single cycle of manufacturing the antenna apparatus on a PCB. Furthermore, such implementation of the array of radiating elements may make the antenna apparatus more compact in size.

[0019] According to a second aspect, a UE is provided. The UE comprises the antenna apparatus according to the first aspect and a transceiving unit coupled to the antenna apparatus. The transceiving unit is configured to perform wireless communications by using the antenna apparatus. The UE thus configured may be used in a variety of sensing and communication applications (e.g., at mmWave frequencies) , as well as in different radar applications to provide a proper detection accuracy.

[0020] In one exemplary embodiment of the second aspect, the UE has a radome cover, and the array of radiating elements is flush mounted along the radome cover. Said radome cover may provide a visually appealing design of the UE and serve as a protection against environmental and mechanical impacts.

[0021] Other features and advantages of the present disclosure will be apparent upon reading the following detailed description and reviewing the accompanying drawings.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0022] The present disclosure is explained below with reference to the accompanying drawings in which:

[0023] FIG. 1 schematically shows a desired angle of inclination of a radiation beam of an antenna (array) installed in the corner of a room;

[0024] FIG. 2 schematically shows desired beam shaping by using a planar antenna;

[0025] FIG. 3 shows a schematic isometric view of an antenna apparatus according to a first exemplary embodiment;

[0026] FIG. 4 shows a schematic top view of an antenna apparatus according to a second exemplary embodiment;

[0027] FIGs. 5A and 5B show schematic views of an antenna apparatus according to a third exemplary embodiment, namely: FIG. 5A shows an isometric view of the antenna apparatus, and FIG. 5B shows a top view of the antenna apparatus;

[0028] FIGs. 6A and 6B show surface-current and electric-field distributions, respectively, for a set of conductive tracks used in the apparatus according to the third exemplary embodiment; FIGs. 7A and 7B show schematic views of an antenna apparatus according to a fourth exemplary embodiment, namely: FIG. 7A shows an isometric view of the antenna apparatus, and FIG. 7B shows a sectional isometric view of the antenna apparatus;

[0029] FIG. 8 shows a schematic isometric view of an antenna apparatus according to a fifth exemplary embodiment;

[0030] FIG. 9 shows a schematic isometric view of an antenna apparatus according to a sixth exemplary embodiment;

[0031] FIGs. 10A and 10B show schematic views of a radome cover according to one exemplary embodiment, namely: FIG. 10A shows a top view of the radome cover, and FIG. 10B shows a sectional isometric view of the radome cover; and

[0032] FIG. 11 shows a schematic block diagram of a UE according to one exemplary embodiment.DETAILED DESCRIPTION

[0033] Various embodiments of the present disclosure are further described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present disclosure may be embodied in many other forms and should not be construed as limited to any certain structure or function discussed in the following description. In contrast, these embodiments are provided to make the description of the present disclosure detailed and complete.

[0034] According to the detailed description, it will be apparent to the ones skilled in the art that the scope of the present disclosure encompasses any embodiment thereof, which is disclosed herein, irrespective of whether this embodiment is implemented independently or in concert with any other embodiment of the present disclosure. For example, the apparatuses disclosed herein may be implemented in practice by using any numbers of the embodiments provided herein. Furthermore, it should be understood that any embodiment of the present disclosure may be implemented using one or more of the features presented in the appended claims.

[0035] The word “exemplary” is used herein in the meaning of “used as an illustration” . Unless otherwise stated, any embodiment described herein as “exemplary” should not be construed as preferable or having an advantage over other embodiments.

[0036] Any positioning terminology, such as “left” , “right” , “top” , “bottom” , “above” “below” , “upper” , “lower” , “horizontal” , “vertical” , etc., may be used herein for convenience to describe one element’s or feature's relationship to one or more other elements or features in accordance with the figures. It should be apparent that the positioning terminology is intended to encompass different orientations of the apparatus disclosed herein, in addition to the orientation (s) depicted in the figures. As an example, if one imaginatively rotates the apparatus in the figures 90 degrees clockwise, elements or features described as “left” and “right” relative to other elements or features would then be oriented, respectively, “above” and “below” the other elements or features. Therefore, the positioning terminology used herein should not be construed as any limitation of the invention.

[0037] Although the numerative terminology, such as “first” , “second” , “third” , “fourth” , etc., may be used herein to describe various embodiments and features, these embodiments and features should not be limited by this numerative terminology. This numerative terminology is used herein only to distinguish one feature or embodiment from another feature or embodiment. For example, a first TE mode reflection structure and a second TE mode reflection structure could be renamed a second TE mode reflection structure and a first TE mode reflection structure, respectively, without departing from the teachings of the invention.

[0038] As used in the embodiments disclosed herein, an antenna apparatus may refer to an apparatus configured to radiate and receive radio waves. The radio waves may refer to a type of electromagnetic radiation that occurs in different frequency bands of the radio spectrum (e.g., in the so-called centimeter-wave (cmWave) and millimeter-wave (mmWave) bands) . The radio waves are used, for example, in wireless communications, such as point-to-point communications, intersatellite links, and point-to-multipoint communications, etc. However, the application of the radio waves is not limited to wireless communications only, and they may be also used, for example, for (air, ground or marine) vehicle navigation and control, road obstacle detection, distance ranging (radar applications) , contactless vital-sign monitoring, occupancy detection, etc. For this reason, the antenna apparatus according to the embodiments disclosed herein may be used in the same use scenarios as the radio waves. Furthermore, the antenna apparatus may be implemented as part of a user equipment (UE) that may refer to a wireless customer premises equipment (CPE) (e.g., a wireless router, switch, etc. ) , a mobile device, a mobile station, a terminal, a subscriber unit, a mobile phone, a cellular phone, a smart phone, a cordless phone, a personal digital assistant (PDA) , a wireless communication device, a desktop computer, a laptop computer, a tablet computer, a single-board computer (SBC) (e.g., a Raspberry Pi device) , a gaming device, a netbook, a smartbook, an ultrabook, a medical device or medical equipment, a biometric sensor, a wearable device (e.g., a smart watch, smart glasses, a smart wrist band, etc. ) , an entertainment device (e.g., an audio player, a video player, etc. ) , a vehicular component or sensor (e.g., a driver-assistance system) , a smart meter / sensor, an unmanned vehicle (e.g., an industrial robot, a quadcopter, etc. ) and its component (e.g., a self-driving car computer) , industrial manufacturing equipment, a global positioning system (GPS) device, an Internet-of-Things (IoT) device, an Industrial IoT (IIoT) device, a machine-type communication (MTC) device, a group of Massive IoT (MIoT) or Massive MTC (mMTC) devices / sensors, or any other suitable device that uses the radio waves for operation. In some embodiments, the UE may refer to at least two collocated and inter-connected UEs thus defined.

[0039] FIG. 1 schematically shows a desired angle (θ) of inclination of a radiation beam 100 of an antenna (array) 102 installed in the corner of a room 104. It should be noted that if the antenna 102 was installed in the center of the room 104, this would lead to limited  sensitivity and room coverage; in such case, it would be required either to have a very wide angle beam coverage or to deploy a reconfigurable sensor configured to perform beam scanning in order to cover areas at each and every side around the sensor. Therefore, the installation of the antenna 102 in the corner (e.g., of the ceiling) of the room 104 is the best option in this sense, as well as for aesthetic considerations.

[0040] However, such corner installation of the antenna 102 requires proper beam shaping for uniform room coverage: the beam 100 must be tilted, and the peak gain of the antenna 102 must be directed towards the furthest point of the room 104 from the antenna 102. The existing solutions provide beam tilting by mechanically tilting a PCB on which an antenna array is mounted, i.e., they assume the arrangement of the plane of the antenna array at an angle to the ceiling or wall.

[0041] FIG. 2 schematically shows desired beam shaping by using a planar antenna 200. The antenna 200 is assumed to be installed in the corner of a ceiling 202. The antenna 200 should be configured such that it has a desired radiation pattern 204 and is able to radiate a radio wave in an angular range 206 (with a tilted main radiation direction 208) . The antenna 200 should also have small sizes –in particular, its thickness should be about 5 mm, so that it could be imperceptible in the ceiling 202.

[0042] The exemplary embodiments disclosed herein provide different a technical solution that allows one to implement the ideal case illustrated in FIG. 2. More specifically, an antenna apparatus is provided, which comprises one or more radiating elements each comprising a dielectric block, a differentially fed leaky-wave antenna provided on the top surface of the dielectric block, and a set of conductive tracks provided on the top surface of the dielectric block. The set of conductive tracks is arranged to guide a Transverse Electric (TE) mode of a radio wave radiated by the leaky-wave antenna along a radiation direction and, at the same time, suppress a Transverse Magnetic (TM) mode of the radio wave (i.e., parasitic TM mode radiation) . The antenna apparatus further comprises a TM mode reflection structure, a first TE mode reflection structure, and a second TE mode reflection structure. The TM mode reflection structure is provided under the bottom surface of the dielectric block of each of the at least one radiating element and configured to reflect the TM mode towards the set of conductive tracks. The first TE mode reflection structure is provided such that, in each of the at least one radiating element, the leaky-wave antenna is arranged between  the first TE mode reflection structure and the set of conductive (e.g., metal) tracks. The first TE mode reflection structure is configured to reflect the TE mode towards the set of conductive tracks. The second TE mode reflection structure is provided, in the radiation direction, after the set of conductive tracks in each of the at least one radiating element and configured to reflect the TE mode towards the set of conductive tracks.

[0043] FIG. 3 shows a schematic isometric (3D) view of an antenna apparatus 300 according to a first exemplary embodiment. The antenna apparatus 300 comprises an array of radiating elements 302 aligned in one (vertical) direction. Each of the radiating elements 302 comprises a T-shaped dielectric block 304 having a differentially fed leaky-wave antenna 306 and a set 308 of conductive tracks on its top surface. Each leaky-wave antenna 306 may be implemented as a waveguide line having one or more discontinuities (e.g., a dielectric rod waveguide, differential line, tapered slot, a waveguide horn antenna, a waveguide slot antenna, etc. ) . For example, each discontinuity of the waveguide line may be formed as discontinuities of the set 308 of conductive tracks, and / or as discontinuities of the dielectric block 304 itself (i.e., by its tapered or stepped shape along a radiation direction) . Each radiating element 302 may include many discontinuities in the waveguide line and the dielectric block 304, and a differential feeder “dipole” . The discontinuities are defined as a variation of at least one parameter among parameters specific to the following 3 types of discontinuities:

[0044] 1. conductive track discontinuities;

[0045] 2. dielectric block width tapering / steps along the radiation direction;

[0046] 3. a distance between the conductive tracks and the nearest TM-mode reflection structure and the TE-mode reflection structures (which are discussed below in detail) .

[0047] The differential feeder “dipole” excites a TE-mode, which propagates towards those discontinuities. The small portion of EM energy is radiated into free space from each discontinuity. All those portions of EM energy form a leaky-wave with a defined beam shape and beam inclination.

[0048] At the same time, the present disclosure is not limited to the discontinuity-based type of leaky-wave antennas –in some other embodiments, each of the radiating elements 302 may be configured as a patch antenna or a dipole antenna, for example. The choice of an  antenna type depends on particular applications. The only condition is that each of the leaky-wave antenna 302 is differentially fed (e.g., by means of balanced / unbalanced transformer line, slot line, differential microstripline feeding) . Each leaky-wave antenna 306 radiates (in response to a feeding signal) a radio wave towards the set 308 of conductive tracks which, in turn, are arranged to guide the radio wave in a preferred (tilted) radiation direction.

[0049] As can be seen from FIG. 3, the set 308 of conductive tracks comprises a first conductive track 310 extending along the radiation direction of the radio wave radiated by the leaky-wave antenna 306 and four second conductive tracks 312 each being smaller in length than the first conductive track 310. The second conductive tracks 312 are separated by the first conductive track 310 such that there are two second conductive tracks 312 extending symmetrically to each other and at an angle or parallel to the first conductive track 310 on each side of the first conductive track 310. In some embodiments, the first conductive track 310 is shunted to the ground via connection point 311.

[0050] It should be noted that the number, arrangement and shape of the radiating elements 302 are given for illustrative purposes only and should not be construed as any limitation of the present disclosure. In some other embodiments, the dielectric block 304 of each radiating element 302 may be not profiled anyhow (i.e., be a constant-width block) , or may have a width decreasing gradually along the radiation direction (i.e., have a tapered shape) . Furthermore, the antenna apparatus 300 may have a single radiating element 302, if required and depending on particular applications. On top of that, the radiating elements 302 may be aligned in a different direction (e.g., in a horizontal or diagonal direction) .

[0051] As for the inter-element spacing of the radiating elements 302, it may be defined based on a wavelength λ of the radio wave radiated by the leaky-wave antenna 306 of each radiating element 302. For example, the inter-element spacing S may range from λ / 4 to λ.

[0052] The antenna apparatus 300 further comprises a TM mode reflection structure 314 that is arranged under the bottom surface of the dielectric block 304 of each of the radiating elements 302. The purpose of the TM mode reflection structure 314 is to reflect the TM mode of the radio wave towards the set 308 of conductive tracks in each radiating element 302 and to suppress parasitic surface wave propagation, thereby reducing beam ripples  and beam distortions. In a preferred embodiment, the TM mode reflection structure 314 comprises a dielectric substrate 316, a conductive layer (not shown) provided on the bottom surface of the dielectric substrate 316, and an array of conductive patches 318 (equally or differently) spaced from each other on the top surface of the dielectric substrate 316. Each conductive patch 318 is connected to the conductive layer through a conductive via 320 extending through the dielectric substrate 316.

[0053] To avoid leakage losses of the TE mode and to further improve the tilted beam shape of the radio wave radiated by each leaky-wave antenna 306, the antenna apparatus 100 further comprises two TE mode reflection structures 322 and 324 extending between the array of the radiating elements 302. More specifically, the first (left) TE mode reflection structure 322 is arranged behind the leaky-wave antenna 306 of each radiating element 302, while the second (right) TE mode reflection structure 324 is arranged after the set 308 of conductive tracks in the radiation direction. Each of the TE mode reflection structures 322 and 324 is configured to reflect the TE modes towards the set 308 of conductive tracks. Each of the TE mode reflection structures 322 and 324 may be implemented as a metal sheet or layer on a PCB on which the antenna apparatus 300 is mounted. Alternatively, the TE mode reflection structures 322 and 324 may be implemented as a conductive part on a dielectric structure, i.e., a metallized surface of a radome or housing of the antenna apparatus 300 or a metallized surface of any dielectric substrate carrying the antenna apparatus 300. Metallization might be implemented as a conductive paint, a conductive tape, Laser Direct Structuring (LDS) or stamped metal parts. The first TE mode reflection structure 322 may hang over the TM mode reflection structure 314. The second TE mode reflection structure 324 may have a thickness decreasing in the direction from the radiating elements 302.

[0054] In one embodiment, the whole antenna apparatus 300 may be implemented based on a PCB 326. In this embodiment, each inter-element spacing may be represented by a cavity etched (or cut in some way) into the PCB 326, the TM mode reflection structure 314 may be attached (e.g., glued, screwed, etc. ) to the bottom surface of the PCB 326, and the TE mode reflection structures 322 and 324 may be formed on the top surface of the PCB 326 in the above-discussed manner.

[0055] In another embodiment, the radiating elements 302 and the TE mode reflection structures 322, 324 may be implemented in one PCB, whereafter that PCB may be attached to another PCB with the built-in TM mode reflection structure 314 by using any suitable connection means (e.g., soldering, gluing, welding, etc. ) .

[0056] FIG. 4 shows a schematic top view of an antenna apparatus 400 according to a second exemplary embodiment. The antenna apparatus 400 comprises an array of radiating elements 402-1, 402-2, 402-3, 402-4 which are aligned in one (horizontal) direction. Again (like in the first exemplary embodiment) , each of the radiating elements 402-1, 402-2, 402-3, 402-4 is T-shaped. The radiating element 402-1 comprises a T-shaped dielectric block 404-1 having a differentially fed leaky-wave antenna 406-1 and a set 408-1 of conductive tracks on its top surface. The radiating element 402-2 comprises a T-shaped dielectric block 404-2 having a differentially fed leaky-wave antenna 406-2 and a set 408-2 of conductive tracks on its top surface. The radiating element 402-3 comprises a T-shaped dielectric block 404-3 having a differentially fed leaky-wave antenna 406-3 and a set 408-3 of conductive tracks on its top surface. The radiating element 402-4 comprises a T-shaped dielectric block 404-4 having a differentially fed leaky-wave antenna 406-4 and a set 408-4 of conductive tracks on its top surface. Each of the leaky-wave antennas 406-1, 406-2, 406-3 and 406-4 is configured to radiate (in response to a feeding signal) a radio wave towards the sets 408-1, 408-2, 408-3 and 408-4, respectively, and may be implemented in the same manner as the leaky-wave antenna 306.

[0057] As follows from FIG. 4, the radiating elements of the antenna apparatus 400 may comprise the same or different sets of conductive tracks configured to guide the radio waves in the same or different tilted radiation directions. More specifically, the set 408-1 of conductive tracks is represented by two horizontal conductive tracks, the set 408-2 of conductive tracks is implemented in the same manner as the set 308 of conductive tracks, and each of the sets 408-3 and 408-4 of conductive tracks is implemented as a combination of the sets 408-1 and 408-2 of conductive tracks. Thus, the present disclosure is also not limited to a certain configuration of conductive tracks in each radiating element. What is important is that each configuration of conductive tracks allows the radio wave (i.e., its TE mode) to be guided in a preferred direction.

[0058] Beamforming parameters of each of the radiating elements 402-1, 402-2, 402-3 and 402-4, such as a frequency bandwidth, a beam width, a beam inclination direction, a polarization and a gain over an inclination angle, are defined by a waveguide line comprising the correspond set of conductive tracks and the corresponding dielectric block. Differential feedline connection to each of the leaky-wave antennas 406-1, 406-2, 406-3 and 406-4 leads to feeding a TE mode wave along the waveguide line. The small portion of EM energy is radiated into free space from each discontinuity in the waveguide line. All those portions of EM energy form leaky-wave along the propagation direction. Thus, each of the radiating element 402-1, 402-2, 402-3 and 402-4 has defined beamforming parameters, such as a beam shape and beam inclination.

[0059] The antenna apparatus 400 further comprises a TM mode reflection structure 410 and two TE mode reflection structures (not shown) which are assumed to be implemented in the same manner as the TM mode reflection structure 314 and the two TE mode reflection structures 322, 324, respectively. The antenna apparatus 400 may also be implemented in a single PCB.

[0060] FIG. 4 also shows an inter-element spacing s of the radiating elements 402, which may be again defined based on a wavelength λ of the radio wave radiated by each of the leaky-wave antennas 406-1, 406-2, 406-3 and 406-4. For example, the inter-element spacing s may range from λ / 4 to 2λ.

[0061] FIGs. 5A and 5B show schematic views of an antenna apparatus 500 according to a third exemplary embodiment. More specifically, FIG. 5A shows an isometric view of the antenna apparatus 500, and FIG. 5B shows a top view of the antenna apparatus 500. The antenna apparatus 500 may comprise one or more radiating elements 502. Again, each radiating element 502 comprises a T-shaped dielectric block 504 having a differentially fed leaky-wave antenna 506 and a set of conductive tracks on its top surface. In the third exemplary embodiment, the set of conductive tracks in the radiating element 502 is implemented in the same manner as the sets 408-3 and 408-4 in the second exemplary embodiment. In particular, the set of conductive tracks comprises a first conductive track 508 extending along the radiation direction of the radio wave radiated by the leaky-wave antenna 506 and four second conductive tracks 510 each being smaller in length than the first conductive track 508. The second conductive tracks 510 are separated by the first  conductive track 508 such that there are two second conductive tracks 510 extending symmetrically to each other and at an angle or parallel to the first conductive track 508 on each side of the first conductive track 508. The set of conductive tracks also comprises two three conductive tracks 512 extending perpendicular to the first conductive track 508 and the second conductive tracks 510, but confined between the second conductive tracks 510. The antenna apparatus 500 further comprises a TM mode reflection structure 514 and two TE mode reflection structures (not shown) which are assumed to be implemented in the same manner as the TM mode reflection structure 314 and the two TE mode reflection structures 322, 324, respectively. The antenna apparatus 500 may also be implemented in a single PCB.

[0062] The discontinuities of the following 2 types are implemented in the antenna apparatus 500: the conductive track discontinuities formed by the second conductive tracks 510 and the third conductive tracks 512, as well as the discontinuities of the dielectric block 504 (by means of its tapered or stepped shape along the radiation direction) .

[0063] Additionally, the dielectric block 502 may have quite compact sizes, namely: less than 2λ in length (see L1 in FIG. 5B) , less than 1λ in width (see L2 in FIG. 5B) , and less than 0.2λ in thickness (see h1 in FIG. 5A) , where λ is the wavelength of the radio wave radiated by the leaky-wave antenna 506. Moreover, the TM mode reflection structure 514 may also have a thickness h2 less than 0.2λ.

[0064] It should be again noted that the number, arrangement and shape of the conductive tracks of the radiating element 502 may change depending on particular applications. When designing these tracks, one should take account of the effect provided by them. For example, the symmetric arrangement of the second (short) conductive tracks 510 and connection of the first conductive track 508 to the ground via a connection point 511 are suitable for TM mode parasitic radiation reduction. Such arrangement significantly reduces the parasitic TM mode but has no influence on the main TE mode of the radio wave. Furthermore, the beam ripples and distortions may be reduced by using the arrangement of the conductive tracks shown in FIGs. 5A and 5B.

[0065] FIGs. 6A and 6B show surface-current and electric-field distributions, respectively, for the set of conductive tracks used in the apparatus 500. For simplicity, the third conductive  tracks 512 are not shown in FIGs. 6A and 6B, and no reference sign is given in FIG. 6B. The distributions shown in FIGs. 6A and 6B prove the above-given conclusions that the symmetric arrangement of the conductive tracks 610 can provide the parasitic TM mode suppression.

[0066] Surface currents at the second conductive tracks 510 are anti-symmetrical (see FIG. 5A) . Therefore, the TE mode propagates along the waveguide structure. Local peaks of the electric-field at the edges of the second conductive tracks 510 (see FIG. 5B) identify the above-mentioned discontinuities, which cause far-field EM wave radiation into the free space. The arrangement and geometry of the second conductive tracks 510 define the beamwidth and beam inclination of the radiation pattern of the antenna apparatus 500. The surface currents at the first conductive track 508 occur due to the existence of the parasitic TM modes in the radiating element 502. These currents are shunted to the ground via the connection point 511 of the first conductive track 508 to the TE mode reflection structure 516. Therefore, the electric-field magnitude of the parasitic TM modes is reduced (see FIG. 5B) , thereby providing efficient beam ripple reduction.

[0067] FIGs. 7A and 7B show schematic views of an antenna apparatus 700 according to a fourth exemplary embodiment. More specifically, FIG. 7A shows an isometric view of the antenna apparatus 700, and FIG. 7B shows a sectional isometric view of the antenna apparatus 700. The antenna apparatus 700 comprises an array of radiating elements 702 aligned in a horizontal direction. In this embodiment, each radiating element 702 comprises a dielectric block 704 shaped such that its width decreases in a radiation direction (in this embodiment, in the upward direction) . In this case, the inter-element spacing s is implemented as a funnel-shaped gap or cavity (see FIG. 7A) , which may be filled with a dielectric material having a dielectric constant less than the dielectric constant of the PCB dielectric volume. A differentially fed leaky-wave antenna 706 and a set 708 of conductive tracks are provided on the top surface of the dielectric block 704. The leaky-wave antenna 706 may be implemented in the same manner as in any of the first to third exemplary embodiments discussed above. As for the set 708 of conductive tracks, it is implemented in the same manner as the sets 408-3 and 408-4 in the second exemplary embodiment (see FIG. 4) . The antenna apparatus 700 further comprises a TM mode reflection structure 710 and two TE mode reflection structures 712, 714 which are assumed to be implemented in the same  manner as the TM mode reflection structure 314 and the two TE mode reflection structures 322, 324, respectively. The longest conductive track of the set 708 of conductive tracks is connected to the TE mode reflection structure 714 via a connection point 711 in order to suppress the parasitic TM modes, thereby providing efficient beam ripple reduction. The TE mode reflection structure 714 is further coupled to the TM mode reflection structure 710 via conductive structures 713. The conductive structures 713 might be implemented as PCB vias, conductive gaskets or metal structures.

[0068] The antenna apparatus 700 may also be implemented in a single PCB.

[0069] FIG. 8 shows a schematic isometric view of an antenna apparatus 800 according to a fifth exemplary embodiment. The antenna apparatus 800 comprises a ladder-like array of radiating elements 802. In this embodiment, each radiating element 802 comprises a dielectric block 804 having a complex tapered profile (with different taper angles) . A differentially fed leaky-wave antenna 806 and a set808 of conductive tracks are provided on the top surface of the dielectric block 804. The leaky-wave antenna 806 may be implemented in the same manner as in any of the first to third exemplary embodiments discussed above. As for the set 808 of conductive tracks, it is implemented in the same manner as the sets 408-3 and 408-4 in the second exemplary embodiment (see FIG. 4) . The antenna apparatus 800 further comprises a TM mode reflection structure (not shown) and two TE mode reflection structures 810, 812 which are assumed to be implemented in the same manner as the TM mode reflection structure 314 and the two TE mode reflection structures 322, 324, respectively. The antenna apparatus 800 may also be implemented in a single PCB.

[0070] FIG. 9 shows a schematic isometric view of an antenna apparatus 900 according to a sixth exemplary embodiment. The antenna apparatus 900 comprises a first array 902 of radiating elements and a second array 904 of radiating elements. The first array 902 of radiating elements is implemented like the array of radiating elements 702 shown in FIGs. 7A and 7B, while the second array 904 of radiating elements is implemented like the array of radiating elements 802 shown in FIG. 8. Thus, there can be different types of radiating elements implemented in a single antenna apparatus. The arrays 902 and 904 of radiating elements are both connected to a Radio Frequency Integrated Circuit (RFIC) 906 via wires  or other conductors 908 (e.g., additional conductive tracks formed in a PCB in which the antenna apparatus 900 is assumed to be mounted) .

[0071] FIGs. 10A and 10B show schematic views of a radome cover 1000 according to one exemplary embodiment. More specifically, FIG. 10A shows a top view of the radome cover 1000, and FIG. 10B shows a sectional isometric view of the radome cover 1000. The radome cover 1000 is also shown to have the antenna apparatus 900 mounted therein. However, any of the antenna apparatus 300, 400, 500, 700 and 800 may also be mounted in the radome cover 1000 in the same or similar manner. The arrays 902 of radiating elements are flush mounted along the radome cover 1000, such that the spacing between said radiating elements and the radome surface is minimized. The radome cover 1000 may encompass a PCB 1002 carrying the sets 902 and 904 of radiating elements, as well as TM-mode and TE-mode reflection structures (like the ones shown in FIG. 3) . As can be seen, the PCB 1002 still has enough space for any other components (e.g., RFICs) to be mounted thereon. As should be obvious to those skilled in the art, the radome cover 1000 may be made of any radio-transparent material (e.g., thermoplastics) . For simplicity, FIG. 10B shows only the set 902 of radiating elements mounted in the radome cover 1000. Various assembly methods might be utilized in order to maintain a consistent gap between the set 902 of radiating elements and the radome cover 1000. In some embodiments, the assembly of the whole device might involve gluing the radome cover 1000 to the PCB 1002 carrying the arrays 902 and 904 of radiating elements. Alternatively, clips, screws or melting posts might be utilized to provide mechanical stability. The radome cover 1000 has a surface 1004 is assumed to be a surface that a user sees when looking at the radome cover 1000 mounted on the ceiling (i.e., one should mentally flip FIG. 10B to get the ceiling mounting position) . The radome cover 1000 provides a visually appealing device design and serves as a protection against environmental and mechanical impacts.

[0072] FIG. 11 shows a schematic block diagram of a UE 1100 according to one exemplary embodiment. The UE 1100 comprises a transceiving unit 1102 and an antenna apparatus 1104. The antenna apparatus 1104 may be implemented as any of the antenna apparatus 300, 400, 500, 700, 800 and 900. By using the antenna apparatus 1104, the transceiving unit 1102 may transmit and receive radio waves to support a variety of communication and sensing applications.

[0073] Although the exemplary embodiments of the present disclosure are described herein, it should be noted that any various changes and modifications could be made in the embodiments of the present disclosure, without departing from the scope of legal protection which is defined by the appended claims. In the appended claims, the word “comprising” does not exclude other elements or operations, and the indefinite article “a” or “an” does not exclude a plurality. The mere fact that certain measures are recited in mutually different dependent claims does not indicate that a combination of these measures cannot be used to advantage.

Claims

1.An antenna apparatus comprising:at least one radiating element each comprising:a dielectric block having a top surface and a bottom surface;a differentially fed leaky-wave antenna provided on the top surface of the dielectric block, the leaky-wave antenna being configured to radiate a radio wave having a Transverse Magnetic (TM) mode and a Transverse Electric (TE) mode; anda set of conductive tracks provided on the top surface of the dielectric block, the set of conductive tracks being arranged to guide the TE mode along a radiation direction and suppress the TM mode;a TM mode reflection structure provided under the bottom surface of the dielectric block of each of the at least one radiating element, the TM mode reflection structure being configured to reflect the TM mode towards the set of conductive tracks;a first TE mode reflection structure provided such that, in each of the at least one radiating element, the leaky-wave antenna is arranged between the first TE mode reflection structure and the set of metal tracks, the first TE mode reflection structure being configured to reflect the TE mode towards the set of conductive tracks; anda second TE mode reflection structure provided, in the radiation direction, after the set of conductive tracks in each of the at least one radiating element and configured to reflect the TE mode towards the set of conductive tracks.2.The antenna apparatus of claim 1, wherein the set of conductive tracks comprises:a first conductive track extending along the radiation direction; andN second conductive tracks each being smaller in length than the first conductive track, where N is an even integer, the N second conductive tracks being separated by the first conductive track such that there is a subset of N / 2 second conductive tracks extending at an angle to the first conductive track on each side of the first conductive track, the subsets of N / 2 second conductive tracks being arranged symmetrically to each other.3.The antenna apparatus of claim 2, wherein the first conductive track is connected to the second TE mode reflection structure via a connection point.4.The antenna apparatus of any one of claims 1 to 3, wherein the TM mode reflection structure comprises:a dielectric substrate having a top surface and a bottom surface;a conductive layer provided on the bottom surface of the dielectric substrate; andan array of conductive patches spaced from each other on the top surface of the dielectric substrate, each conductive patch of the array of conductive patches being connected to the conductive layer through a conductive via extending through the dielectric substrate, the TM mode reflection structure being arranged under each of the at least one radiating element such that the bottom surface of the dielectric block of each of the at least one radiating element faces the top surface of the dielectric substrate.5.The antenna apparatus of any one of claims 1 to 4, wherein the dielectric block of each of the at least one radiating element has a width decreasing along the radiation direction.6.The antenna apparatus of claim 5, wherein the width of the dielectric block of each of the at least one radiating element decreases along the radiation direction such that the dielectric block has a tapered shape.7.The antenna apparatus of any one of claims 1 to 6, wherein the at least one radiating element comprises an array of radiating elements having an inter-element spacing defined based on a wavelength of the radio wave radiated by the leaky-wave antenna of each radiating element of the array of radiating elements.8.The antenna apparatus of claim 7, wherein the inter-element spacing ranges from λ / 4 to 2λ, where λ is a wavelength of the radio wave radiated by the leaky-wave antenna of each radiating element of the array of radiating elements.9.The antenna apparatus of claim 7 or 8, wherein the array of radiating elements is formed on a single Printed Circuit Board (PCB) , and wherein each inter-element spacing is represented by a cavity etched on the PCB.10.The antenna apparatus of any one of claims 1 to 9, wherein the leaky-wave antenna in each of the at least one radiating element is implemented as a waveguide line having at least one discontinuity.11.A User Equipment (UE) comprising:the antenna apparatus according to any one of claims 1 to 10; anda transceiving unit coupled to the antenna apparatus, the transceiving unit being configured to perform wireless communications by using the antenna apparatus.12.The UE of claim 11, further comprising a radome cover, and wherein each of the at least one radiating element is flush mounted along the radome cover.

Images