CN106471674B - 同频全双工天线结构和无线通信的电子设备 - Google Patents

同频全双工天线结构和无线通信的电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种同频全双工天线结构和一种无线通信的电子设备，其中，同频全双工天线结构，包括：接收天线；发射天线，用于发射预定波长的信号；信号反射装置，用于对所述发射天线发射的信号进行反射，以实现所述发射天线发射的信号经反射后到达所述接收天线的反射信号与所述发射天线发射的信号直接到达所述接收天线的直射信号的路径差为所述预定波长一半的奇数倍。本发明的技术方案能够在不增加有源器件的前提下，实现天线的自干扰消除，同时也避免了两根发射天线发射的信号由于存在随机误差而造成干涉相消的效果差、干扰残留信号强的问题。

Description

同频全双工天线结构和无线通信的电子设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种同频全双工天线结构和一种无线通信的电子设备。
背景技术
目前，同频全双工技术的难点在于自干扰消除技术。干扰消除的方式主要有天线干扰消除、射频干扰消除及数字干扰消除，而天线干扰消除作用于天线端，属于一种被动式干扰消除。
为了实现天线干扰消除，相关技术中提出了通过控制收发天线的空间位置，使两个发射天线的信号在接收天线处干涉相消的方案。该方案将发射信号分成两路，分别送到两个发射天线上，并且将一个接收天线摆放在两个发射天线之间，使接收天线与两个发射天线之间的距离差为半波长的奇数倍。具体地，如图1所示，若发射信号的波长为λ，发射信号经过射频通道后分成两路，分别送入两根发射天线(即发射天线102和发射天线106)。其中，发射天线106与接收天线104距离为
Figure GPA0000219598260000031
发射天线102与接收天线104的距离为d，两个发射信号在接收天线104处叠加，半波长的路程差导致两信号的相位差为π，因此叠加后的发射信号会干涉相消，自干扰信号的强度大大降低。而且两个发射信号的强度在接收天线处越匹配，干涉相消的效果越明显，干扰残留信号强度越弱。
上述方案需要两个发射天线和一个接收天线，虽然实现了全双工的通信方式，也在一定程度上提高了系统的吞吐量。但是，由于发射信号经历了不同的天线通路，不能保证两根发射天线的特性完全相同，即便是同一发送信号经过两个发射天线，也会有不同的失真和损耗。并且两个信号的差异是随机性的，差异越大，干涉相消的效果越差，干扰残留信号强度越大。
因此，如何能够在不增加有源器件的前提下，实现天线的自干扰消除，同时避免两根发射天线发射的信号由于存在随机误差而造成干涉相消的效果差成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明正是基于上述技术问题至少之一，提出了一种新的同频全双工天线结构，能够在不增加有源器件的前提下，实现天线的自干扰消除，同时也避免了两根发射天线发射的信号由于存在随机误差而造成干涉相消的效果差、干扰残留信号强的问题。
有鉴于此，本发明提出了一种同频全双工天线结构，包括：接收天线；发射天线，用于发射预定波长的信号；信号反射装置，用于对所述发射天线发射的信号进行反射，以实现所述发射天线发射的信号经反射后到达所述接收天线的反射信号与所述发射天线发射的信号直接到达所述接收天线的直射信号的路径差为所述预定波长一半的奇数倍。
在该技术方案中，通过信号反射装置对发射信号进行反射，以实现经信号反射装置反射后到达接收天线的反射信号与直接到达接收天线的直射信号在接收天线处进行干涉抵消，使得能够在不增加有源器件的前提下，实现天线的自干扰消除；而且由于反射信号与直射信号是由同一根天线发送的，因此，反射信号与直射信号的失真和损耗是一致的，相比于相关技术中采用两根发射天线和一根接收天线的实现方案，不仅结构简单，而且避免了两根发射天线发射的信号由于存在随机误差而造成干涉相消的效果差、干扰残留信号强的问题。其中，直射信号与反射信号的高度可以相同也可以不同，只需保证反射信号与直射信号的路径差为发射天线发射的信号半波长的奇数倍即可。
根据本发明的一个优选方案，发射天线与接收天线的高度相同；并且，发射天线垂直于信号反射装置的反射面。
在满足发射天线与接收天线的高度相同，且发射天线垂直于信号发射装置的反射面时，所述发射天线与所述接收天线之间的距离、所述发射天线的高度和所述预定波长满足以下公式：
Figure GPA0000219598260000051
其中，h代表所述发射天线的高度，d代表所述发射天线与所述接收天线之间的距离，λ代表所述预定波长，n为奇数。
在上述技术方案中，优选地，所述信号反射装置的反射面为球面，所述信号发射装置发射的信号经过所述球面反射并汇聚后形成所述反射信号。
在该技术方案中，通过设置信号反射装置的反射面为球面，能够汇聚发射天线发射的信号能量，进而弥补由于反射信号的路径较长而造成功率损耗较大的问题，从而确保接收天线接收到的直射信号与反射信号的功率保持一致，以实现最优的干涉相消效果。
在上述技术方案中，优选地，所述信号反射装置的反射面上设置有增强信号反射的涂层。
在该技术方案中，通过在信号反射装置的反射面上设置增强信号反射的涂层，能够避免发射天线发射的信号在反射过程中能量损耗较大而影响反射信号与直射信号的干涉相消效果。
在上述技术方案中，优选地，所述涂层设置在所述反射信号在所述反射面上的反射点处。
在该技术方案中，通过仅在反射面的反射点处设置涂层，可以减少涂层原料的使用，降低产品的成本。
在上述技术方案中，优选地，在所述发射天线发射的信号为宽带信号时，所述反射信号的路径中设置有特定色散属性的介质层，以降低所述宽带信号中不同频率信号的波长差异。
在该技术方案中，由于宽带信号包含不同频率的信号，而不同频率的信号的波长不同，因此，通过设置具有特定色散属性的介质层，能够尽量弥补宽带信号中不同频率信号的波长差异，进而增强干涉相消的效果。
在上述技术方案中，优选地，所述发射天线与所述信号反射装置之间的距离大于或等于预定距离，以通过所述发射天线与所述信号反射装置形成发射分集。
具体地，在增加信号反射装置的情况下，相当于形成了两个发射天线(当然，在有多个信号反射装置时，可以形成多个发射天线)，即“源”发射天线和“像”发射天线，在“源”发射天线和“像”发射天线之间超过一定距离(如超过10个波长)时，可以确保“源”发射天线和“像”发射天线发送的信号具有独立的衰落特性，因此可以构成发射分集。
在上述技术方案中，优选地，所述接收天线与所述信号反射装置之间的距离大于或等于预定距离，以通过所述接收天线与所述信号反射装置形成接收分集。
类似地，在增加信号反射装置的情况下，相当于形成了两个接收天线(当然，在有多个信号反射装置时，可以形成多个接收天线)，即“源”接收天线和“像”接收天线，在“源”接收天线和“像”接收天线之间超过一定距离(如超过10个波长)时，可以确保“源”接收天线和“像”接收天线接收的信号具有独立的衰落特性，因此可以构成接收分集。
根据本发明的另一方面，还提出了一种无线通信的电子设备，包括：上述任一项技术方案中所述的同频全双工天线结构。
通过以上技术方案，能够在不增加有源器件的前提下，实现天线的自干扰消除，同时也避免了两根发射天线发射的信号由于存在随机误差而造成干涉相消的效果差、干扰残留信号强的问题。
附图说明
图1示出了相关技术中提出的全双工天线结构示意图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的同频全双工天线结构的示意图；
图3示出了根据本发明的另一个实施例的同频全双工天线结构的示意图；
图4示出了根据本发明的又一个实施例的同频全双工天线结构的示意图；
图5示出了在图4中所示的天线结构的基础上实现干涉相消的几何关系的示意图；
图6示出了根据本发明的实施例的直射信号到接收天线距离与干扰消除效果关系的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图2示出了根据本发明的一个实施例的同频全双工天线结构的示意图。
如图2所示，根据本发明的一个实施例的同频全双工天线结构，包括：接收天线204；发射天线202，用于发射预定波长的信号；信号反射装置210，用于对所述发射天线202发射的信号进行反射，以实现所述发射天线202发射的信号经反射后到达所述接收天线204的反射信号208与所述发射天线202发射的信号直接到达所述接收天线204的直射信号206的路径差为所述预定波长一半的奇数倍。
在该技术方案中，通过信号反射装置210对发射信号进行反射，以实现经信号反射装置210反射后到达接收天线204的反射信号208与直接到达接收天线204的直射信号206在接收天线204处进行干涉抵消，使得能够在不增加有源器件的前提下，实现天线的自干扰消除；而且由于反射信号208与直射信号206是由同一根天线发送的，因此，反射信号208与直射信号206的失真和损耗是一致的，相比于相关技术中采用两根发射天线和一根接收天线的实现方案，不仅结构简单，而且避免了两根发射天线发射的信号由于存在随机误差而造成干涉相消的效果差、干扰残留信号强的问题。其中，直射信号206与反射信号208的高度可以相同也可以不同，只需保证反射信号208与直射信号206的路径差为发射天线202发射的信号半波长的奇数倍即可。
其中，信号反射装置210可以如图2所示，既位于发射天线202的下方，又位于接收天线204的下方；也可以如图3所示，仅位于发射天线202的下方。
如图4所示，根据本发明的一个优选方案，发射天线202与接收天线204的高度相同；并且，发射天线202垂直于信号反射装置210的反射面。当然，发射天线202也可以不垂直于信号反射装置210的反射面。
在满足发射天线202与接收天线204的高度相同，且发射天线202垂直于信号发射装置210的反射面时，所述发射天线202与所述接收天线204之间的距离、所述发射天线202的高度和所述预定波长满足以下公式：
Figure GPA0000219598260000081
其中，如图5所示，h代表所述发射天线202的高度，d代表所述发射天线202与所述接收天线204之间的距离，λ代表所述预定波长，n为奇数。
为了避免反射信号208因反射而导致功率损耗的问题，可以通过以下两种方式进行处理：
实施方式一：
所述信号反射装置210的反射面为球面(图中未示出)，所述信号发射装置210发射的信号经过所述球面反射并汇聚后形成所述反射信号208。
在该技术方案中，通过设置信号反射装置210的反射面为球面，能够汇聚发射天线202发射的信号能量，进而弥补由于反射信号208的路径较长而造成功率损耗较大的问题，从而确保接收天线204接收到的直射信号206与反射信号208的功率保持一致，以实现最优的干涉相消效果。
实施方式二：
所述信号反射装置210的反射面上设置有增强信号反射的涂层(图中未示出)。
在该技术方案中，通过在信号反射装置210的反射面上设置增强信号反射的涂层，能够避免发射天线202发射的信号在反射过程中能量损耗较大而影响反射信号208与直射信号206的干涉相消效果。
在上述技术方案中，优选地，所述涂层设置在所述反射信号208在所述反射面上的反射点处。
在该技术方案中，通过仅在反射面的反射点处设置涂层，可以减少涂层原料的使用，降低产品的成本。
在上述技术方案中，优选地，在所述发射天线202发射的信号为宽带信号时，所述反射信号208的路径中设置有特定色散属性的介质层，以降低所述宽带信号中不同频率信号的波长差异。
在该技术方案中，由于宽带信号包含不同频率的信号，而不同频率的信号的波长不同，因此，通过设置具有特定色散属性的介质层，能够尽量弥补宽带信号中不同频率信号的波长差异，进而增强干涉相消的效果。
在上述技术方案中，优选地，所述发射天线202与所述信号反射装置210之间的距离大于或等于预定距离，以通过所述发射天线202与所述信号反射装置210形成发射分集。
具体地，在增加信号反射装置210的情况下，相当于形成了两个发射天线202(当然，在有多个信号反射装置210时，可以形成多个发射天线202)，即“源”发射天线202和“像”发射天线202，在“源”发射天线202和“像”发射天线202之间超过一定距离(如超过10个波长)时，可以确保“源”发射天线202和“像”发射天线202发送的信号具有独立的衰落特性，因此可以构成发射分集。
在上述技术方案中，优选地，所述接收天线204与所述信号反射装置210之间的距离大于或等于预定距离，以通过所述接收天线204与所述信号反射装置210形成接收分集。
类似地，在增加信号反射装置210的情况下，相当于形成了两个接收天线204(当然，在有多个信号反射装置210时，可以形成多个接收天线204)，即“源”接收天线204和“像”接收天线204，在“源”接收天线204和“像”接收天线204之间超过一定距离(如超过10个波长)时，可以确保“源”接收天线204和“像”接收天线204接收的信号具有独立的衰落特性，因此可以构成接收分集。
在具体的配置过程中，可以根据对干扰消除的效果要求对发射天线202和接收天线204之间的距离进行配置，其中，干扰消除的效果和直射信号的路径之间的关系如图6所示。
如图6所示，横坐标代表直射信号的路径，在发射天线202与接收天线204等高时，横坐标即两天线之间的距离；纵坐标代表干扰消除的效果。从图6可以看出，干扰消除的效果随着直射信号的路径的增大而加强。这是因为直射信号与反射信号的半波长损耗差异随距离增大而减小，而两信号的幅度越匹配，干扰消除效果越好。当然不可能无限制增加两天线的水平距离，因此可以根据工程实践的需求，在干扰消除效果和尺寸之间进行适当折中。
本发明还提出了一种无线通信的电子设备，包括：上述任一图中所示的同频全双工天线结构。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，考虑到相关技术中需要两个发射天线和一个接收天线实现全双工的通信方式，但是，由于发射信号经历了不同的天线通路，不能保证两根发射天线的特性完全相同，即便是同一发送信号经过两个发射天线，也会有不同的失真和损耗。并且两个信号的差异是随机性的，差异越大，干涉相消的效果越差，干扰残留信号强度越大。因此，本发明提出了一种新的同频全双工天线结构，能够在不增加有源器件的前提下，实现天线的自干扰消除，同时也避免了两根发射天线发射的信号由于存在随机误差而造成干涉相消的效果差、干扰残留信号强的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种同频全双工天线结构，其特征在于，包括：
接收天线；
发射天线，用于发射预定波长的信号；
信号反射装置，用于对所述发射天线发射的信号进行反射，以实现所述发射天线发射的信号经反射后到达所述接收天线的反射信号与所述发射天线发射的信号直接到达所述接收天线的直射信号的路径差为所述预定波长一半的奇数倍，所述信号反射装置位于所述发射天线和所述接收天线的靠近射频通道的一端，且所述发射天线发射的信号通过所述信号反射装置反射至所述接收天线；所述信号反射装置的反射面上设置有增强信号反射的涂层，所述涂层设置在所述反射信号在所述反射面上的反射点处。
2.根据权利要求1所述的同频全双工天线结构，其特征在于，所述发射天线与所述接收天线的高度相同。
3.根据权利要求2所述的同频全双工天线结构，其特征在于，所述发射天线垂直于所述信号反射装置的反射面。
4.根据权利要求3所述的同频全双工天线结构，其特征在于，所述发射天线与所述接收天线之间的距离、所述发射天线的高度和所述预定波长满足以下公式：
其中，h代表所述发射天线的高度，d代表所述发射天线与所述接收天线之间的距离，λ代表所述预定波长，n为奇数。
5.根据权利要求1所述的同频全双工天线结构，其特征在于，所述信号反射装置的反射面为球面，所述信号发射装置发射的信号经过所述球面反射并汇聚后形成所述反射信号。
6.根据权利要求1所述的同频全双工天线结构，其特征在于，在所述发射天线发射的信号为宽带信号时，所述反射信号的路径中设置有特定色散属性的介质层，以降低所述宽带信号中不同频率信号的波长差异。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的同频全双工天线结构，其特征在于，所述发射天线与所述信号反射装置之间的距离大于或等于预定距离，以通过所述发射天线与所述信号反射装置形成发射分集。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的同频全双工天线结构，其特征在于，所述接收天线与所述信号反射装置之间的距离大于或等于预定距离，以通过所述接收天线与所述信号反射装置形成接收分集。
9.一种无线通信的电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1至8中任一项所述的同频全双工天线结构。
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