CN106785449A - 天线方向图的可重构方法、天线装置及无线通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线方向图的可重构方法、天线装置及无线通信设备，选择其中一个天线作为基准天线，将第二个天线设置在距离基准天线λ/8的位置处；确定电磁信号在空间中的强弱分布；调整第二个天线与基准天线之间的相位差，使第二个天线与基准天线形成的天线系统的最大辐射方向指向或者接近空间中电磁信号最强的方位。本发明通过在无线通信设备中设置多个天线，根据无线通信设备所处通信环境的变化自动调整多个天线之间的相位差，以控制天线装置的方向图由全向到定向智能切换，通过调整天线方向图的最大辐射方向指向或者接近通信环境中通信信号最好的方位，由此可以实现设备之间最优的信号交互，继而显著提升了无线通信设备的通信性能。

Description

天线方向图的可重构方法、天线装置及无线通信设备

技术领域

本发明属于天线装置技术领域，具体地说，是涉及一种可以对天线的方向图实现重构的方法及天线装置。

背景技术

随着技术的发展和社会的进步，移动通信已经与每个人的生活密切地联系在一起。与此同时，实现任何时间、任何地点的高质量通信一直以来是移动通信研究者所必须面对的问题，当然，这也是移动终端用户所追求的通信效果。

然而，现实并非与理论或者想象的完全一致，复杂的移动通信环境与已有的移动终端设计之间存在的矛盾使得某些时候移动终端在某些地点的通信质量不佳，甚至无法实现通信。究其根本，是因为在对移动终端的天线装置进行设计时，均是以理想空间为前提，将移动终端的天线方向图设计成在水平面内全向辐射或者近乎全向辐射，亦即天线是各向同性的。由此一来，移动终端的天线在实际工作中，定式地向360°辐射信号或者接收信号。如果该移动终端处于基站分布不均匀或者说某一个方位信号好而另外几个方位信号极弱的环境时，由于该移动终端的天线在工作中360°地接收和发射信号，因此会造成两方面的不良后果：一是功率的浪费；二是因有效辐射方向上的天线辐射功率偏低而造成与通信基站之间的信号交互效果偏差。

为了改善移动终端的通信性能，目前的解决办法都是从天线装置的结构设计入手，通过调整天线装置在移动终端内部的安装位置、天线自身的拓扑结构以及与天线连接的射频通道的电路设计等方面，来提高天线装置对通信信号的收发质量。但是，随着移动通信环境越来越复杂，同时移动终端评估中预留给天线的环境日趋恶化，这种通过优化天线自身结构来改善移动终端通信性能的设计方法已经面临着很大的设计难度，很难达到期望的设计效果。

发明内容

本发明针对现有的移动终端为改善其通信性能，从天线装置的自身结构优化设计入手所带来的设计难度大的弊端，提出了一种根据无线通信设备所处的通信环境对天线的方向图进行重构的全新设计思想，以提高无线通信设备在复杂通信环境下的信号收发质量。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一方面，本发明提供了一种天线方向图的可重构方法，应用在具有多天线的无线通信设备中，包括选择其中一个天线作为基准天线，将第二个天线设置在距离所述基准天线λ/8的位置处，所述λ为所述基准天线和第二个天线接收的电磁信号的波长；确定所述电磁信号在空间中的强弱分布；调整所述第二个天线与所述基准天线之间的相位差，使基准天线和第二个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向或者接近空间中电磁信号最强的方位。

又一方面，本发明还提供了一种天线装置，包括基准天线、第二个天线、第一移相器和功率检测与控制单元；所述第二个天线与所述基准天线的距离为λ/8，所述λ为所述基准天线和第二个天线接收的电磁信号的波长；所述第一移相器用于调整所述第二个天线与所述基准天线之间的相位差；所述功率检测与控制单元控制所述基准天线和所述第二个天线接收空间中的电磁信号，并根据两个天线的接收功率判断所述电磁信号在空间中的强弱分布，进而根据所述电磁信号在空间中的强弱分布状况，控制所述第一移相器调整所述第二个天线与所述基准天线之间的相位差，使基准天线和第二个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向或者接近空间中电磁信号最强的方位。

另一方面，本发明还提供了一种无线通信设备，包括信号源、基准天线、第二个天线、第一移相器和功率检测与控制单元；所述第二个天线与所述基准天线的距离为λ/8，所述λ为所述基准天线和第二个天线接收的电磁信号的波长；所述第一移相器用于调整所述第二个天线与所述基准天线之间的相位差；所述功率检测与控制单元控制所述基准天线和所述第二个天线接收空间中的电磁信号，并根据两个天线的接收功率判断所述电磁信号在空间中的强弱分布，进而根据所述电磁信号在空间中的强弱分布状况，控制所述第一移相器调整所述第二个天线与所述基准天线之间的相位差，使基准天线和第二个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向或者接近空间中电磁信号最强的方位；所述功率检测与控制单元连接所述的信号源。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明通过在无线通信设备中设置多个天线，根据无线通信设备所处通信环境的变化自动调整多个天线之间的相位差，以控制天线装置的方向图由全向到定向智能切换，通过调整天线装置的最大辐射方向指向或者接近通信环境中电磁信号最强的方位，由此可以实现设备之间最优的信号交互，继而显著提升无线通信设备的通信性能。本发明采用重构天线装置在水平面内的辐射方向的设计理念，来改善天线装置的信号收发质量，由此解决了现有无线通信设备因天线自身结构设计的局限性与日趋复杂的通信环境之间的矛盾，使得无线通信设备无论处于何种通信环境下，都能与周围的基站或者无线路由器等交互设备实现最好的信号传输，从而保证了无线通信设备的正常通信质量，改善了用户对高性能无线通信设备的实际体验，能够更好地应对日趋复杂的通信环境对无线通信设备中天线设计的苛刻要求。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提出的天线方向图可重构方法的一种实施例的流程图；

图2是为实现图1所示天线方向图可重构方法提出的天线装置的一种实施例的电路原理框图；

图3是本发明所提出的天线方向图可重构方法的另一种实施例的流程图；

图4是为实现图3所示天线方向图可重构方法提出的天线装置的一种实施例的电路原理框图；

图5A-图5E是移动终端与其周围基站的五种分布状态图；

图6A-图6C是基准天线与第二个天线所形成的天线系统的三种天线辐射方向图；

图7A-图7C是基准天线与第三个天线所形成的天线系统的三种天线辐射方向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

本实施例为了使无线通信设备能够更好地适应各种复杂的通信环境，保证无线通信设备的正常通信质量，提出了一种可以根据无线通信设备所处通信环境的变化，自适应地调整其天线系统的辐射方向，即，对天线方向图进行重构，通过使天线系统的最大辐射方向始终指向或者接近通信环境中电磁信号最强的方向，由此达到改善无线通信设备通信质量的设计目的。

下面通过两个具体的实施例，分别对天线方向图可重构方法及其电路结构设计进行详细地阐述。

实施例一，本实施例在无线通信设备中设置有两个天线，如图2所示，选择其中一个天线ANT1作为基准天线，并设置第二个天线ANT2与所述基准天线ANT1的间距为λ/8。在本实施例中，所述λ表示需要通过所述基准天线ANT1和第二个天线ANT2接收的电磁信号的波长。对于手机来说，即指通过基站天线发射的通信信号（无线电信号）的波长。

为了更加清楚地描述所述基准天线ANT1与所述第二个天线ANT2之间的相对位置关系，本实施例通过建立第一平面直角坐标系进行解释说明。将所述基准天线ANT1和第二个天线ANT2均设置在第一平面直角坐标系的X轴的轴线上，并使所述基准天线ANT1与第二个天线ANT2的中间点与第一平面直角坐标系的坐标原点O重合。确定了坐标原点O后，对于所述第二个天线ANT2，既可以设置在所述X轴的正半轴上，也可以设置在所述X轴的负半轴上。

为了对两个天线之间的相位差实现调节，本实施例在移动终端中还进一步设置有移相器，如图2所示，具体可以连接至第二个天线ANT2，通过调整第二个天线ANT2的相位，以改变其与基准天线ANT1之间的相位差，继而实现天线辐射方向图的重构。

将所述基准天线ANT1连接至无线通信设备内部的功率检测与控制单元，通过功率检测与控制单元连通无线通信设备内部的信号源。将第二个天线ANT2通过移相器连接至所述功率检测与控制单元，利用功率检测与控制单元控制移相器改变第二个天线ANT2的相位。

下面结合图1，对天线方向图的可重构方法进行具体阐述，包括以下过程：

S101、将基准天线ANT1和第二个天线ANT2的相位调整到初始相位；

在本实施例中，基准天线ANT1的相位可以始终保持在0°，设置第二个天线ANT2的初始相位为0°。当第二个天线ANT2与基准天线ANT1之间的相位差为零时，通过基准天线ANT1和第二个天线ANT2形成的天线系统全向辐射，由此可以全方位地接收空间中的电磁信号，以便于判断电磁信号在空间中的强弱分布状况。

S102、确定电磁信号在空间中的强弱分布；

在本实施例中，当无线通信设备（例如手机等移动终端）需要与外围设备（例如基站）进行通信时，可以通过功率检测与控制单元首先控制基准天线ANT1和第二个天线ANT2接收空间中的电磁信号，然后根据基准天线ANT1和第二个天线ANT2的接收功率来判断电磁信号在空间中的强弱分布状况。具体来讲，功率检测与控制单元在检测到通过两个天线接收到的信号功率基本相等时，认为电磁信号在空间中均匀分布；若其中一个天线的接收功率明显高于另外一个天线的接收功率，则认为电磁信号在空间中非均匀分布，且接收功率高的一侧的电磁信号强。当然，也可以采用本技术领域已知的其他方法来判别电磁信号在空间中的强弱分布状况，本实施例并不仅限于以上举例。

S103、根据电磁信号在空间中的强弱分布状况，调整所述第二个天线ANT2与所述基准天线ANT1之间的相位差，使通过所述基准天线ANT1和第二个天线ANT2形成的天线系统的最大辐射方向指向或者接近空间中电磁信号最强的方位。

具体包括以下过程：

S1031、若电磁信号在空间中均匀分布，则调整所述第二个天线ANT2与所述基准天线ANT1之间的相位差为零，使所述基准天线ANT1和第二个天线ANT2形成的天线系统全向辐射。

在本实施例中，当功率检测与控制单元检测到通过两个天线接收到的信号功率基本相等时，则认为电磁信号在空间中是均匀分布的。此时，功率检测与控制单元可以控制移相器保持第二个天线ANT2的初始相位，即第二个天线ANT2的相位也为0°，使两个天线之间的相位差为零，从而控制两个天线所形成的天线系统在水平面内360°全向辐射。

以手机为例，当手机处于基站分布均匀的空旷环境时，如图5A所示的通信环境，基站1均匀地分布在手机2的四周位置，通过基站1发射的通信信号在该通信环境的各个方向上的强度是基本均等的。此时，可以调整手机2内的第二个天线ANT2的相位，使其与基准天线ANT1的相位差为零，从而调整天线方向图全向辐射，如图6A所示，以全方位地接收和发射通信信号。

S1032、若电磁信号在空间中非均匀分布，且电磁信号最强的方位位于所述X轴的正半轴所涉及的区域时，则调整所述第二个天线ANT2与所述基准天线ANT1之间的相位差，使通过所述基准天线ANT1和第二个天线ANT2形成的天线系统的最大辐射方向指向所述X轴的正方向。

为了能够获得最大的辐射能量，本实施例优选将天线系统的辐射方向图的波束限定为一个。如图5B所示的方向，当绝大多数基站1分布在手机2的右侧，即位于所述X轴的正方向所涉及的区域时，手机2右侧的通信信号的强度较高，左侧的通信信号的强度较弱。此时，对于第二个天线ANT2位于所述X轴的正半轴上的手机2来说，第二个天线ANT2的接收功率会明显高于基准天线ANT1的接收功率。为了提高通信质量，功率检测与控制单元可以控制移相器将第二个天线ANT2的相位调整到135°，即，使第二个天线与基准天线之间的相位差为135°，此时天线方向图仅包含一个波束，如图6B所示，且天线系统的最大辐射方向指向所述X轴的正方向。由于天线方向图的指向与通信信号最好的方向一致或接近，因而可以明显提升手机2的通信质量。反之，对于第二个天线ANT2位于所述X轴的负半轴上的手机2来说，基准天线ANT1的接收功率会明显高于第二个天线ANT2的接收功率。在此情况下，功率检测与控制单元可以控制移相器将第二个天线ANT2的相位调整到-135°，即，使第二个天线ANT2与基准天线ANT1之间的相位差为-135°，此时也可以获得如图6B所示的天线方向图，即，使天线装置的最大辐射方向指向所述X轴的正方向，以实现手机2与基站1之间更好的信号交互。

S1033、若电磁信号在空间中非均匀分布，且电磁信号最强的方位位于所述X轴的负半轴所涉及的区域时，则调整第二个天线ANT2与基准天线ANT1之间的相位差，使通过基准天线ANT1和第二个天线ANT2所形成的天线系统的最大辐射方向指向所述X轴的负方向；

如图5C所示的方向，若绝大多数基站1分布在手机2的左侧，即位于所述X轴的负方向所涉及的区域时，则手机2左侧的通信信号的强度较高，右侧的信号强度较弱。此时，对于第二个天线ANT2位于所述X轴的正半轴上的手机2来说，基准天线ANT1的接收功率会明显高于第二个天线ANT2的接收功率。在此情况下，功率检测与控制单元可以控制移相器将移动终端2的第二个天线ANT2的相位调整到-135°，即，使第二个天线ANT2与基准天线ANT1之间的相位差为-135°，此时天线辐射方向图仅包含一个波束，如图6C所示，且天线系统的最大辐射方向指向所述X轴的负方向。反之，对于第二个天线ANT2位于所述X轴的负半轴上的手机2来说，则第二个天线ANT2的接收功率会明显高于基准天线ANT1的接收功率。此时，功率检测与控制单元可以控制移相器将第二个天线ANT2的相位调整到135°，即，使第二个天线ANT2与基准天线ANT1之间的相位差为135°，此时也可以获得如图6C所示的天线方向图。通过调整天线装置的最大辐射方向指向所述X轴的负方向，使其与通信信号最好的方向一致或接近，从而实现手机2通信质量的显著提升。

对于内置有两个天线的无线通信设备来说，其双天线装置的方向图可以实现由全向到X轴的正、负两个方向的定向智能切换，在绝大多数的通信环境下，可以满足无线通信设备的正常通信要求。

实施例二，本实施例在无线通信设备中设置有三个天线，如图4所示，选择其中一个天线ANT1作为基准天线，设置第二个天线ANT2与所述基准天线ANT1的间距为λ/8，并设置第三个天线ANT3与所述基准天线ANT1也间距λ/8。在本实施例中，所述λ表示需要通过所述基准天线ANT1、第二个天线ANT2和第三个天线ANT3接收的电磁信号的波长。对于手机来说，即指通过基站天线发射的通信信号（无线电信号）的波长。

为了更加清楚地描述所述第二个天线ANT2、第三个天线ANT3与所述基准天线ANT1之间的相对位置关系，本实施例通过建立第一平面直角坐标系和第二平面直角坐标系进行解释说明，两个平面直角坐标系平行。将所述基准天线ANT1和第二个天线ANT2均设置在第一平面直角坐标系的X轴的轴线上，并使所述基准天线ANT1与第二个天线ANT2的中间点与第一平面直角坐标系的坐标原点O1重合。确定了第一平面直角坐标系的坐标原点O1后，对于所述第二个天线ANT2，既可以设置在所述X轴的正半轴上，也可以设置在所述X轴的负半轴上。将所述基准天线ANT1和第三个天线ANT3均设置在第二平面直角坐标系的Y轴的轴线上，并使所述基准天线ANT1与第三个天线ANT3的中间点与第二平面直角坐标系的坐标原点O2重合。确定了第二平面直角坐标系的坐标原点O2后，对于所述第三个天线ANT3，既可以设置在所述Y轴的正半轴上，也可以设置在所述Y轴的负半轴上。

为了实现第二个天线ANT2与基准天线ANT1之间相位差的调节，本实施例在无线通信设备中设置第一移相器，连接所述的第二个天线ANT2，保持基准天线ANT1的相位始终为零，通过调节第二个天线ANT2的相位，以改变第二个天线ANT2与基准天线ANT1之间的相位差。同理，在无线通信设备中设置第二移相器，连接所述的第三个天线ANT3，保持基准天线ANT1的相位始终为零，通过调节第三个天线ANT3的相位，以改变第三个天线ANT3与基准天线ANT1之间的相位差。

本实施例的无线通信设备在实际工作过程中，同一时刻仅有两个天线处于工作状态。为了准确地控制各个天线的工作状态，本实施例在所述无线通信设备中还设置有开关单元，如图4所示，可以分别连接在功率检测与控制单元与第二个天线ANT2、第一移相器之间，以及功率检测与控制单元与第三个天线ANT3、第二移相器之间，基准天线ANT1可以直接连接至所述功率检测与控制单元。功率检测与控制单元通过控制所述开关单元的投切方向，以选择将第二个天线ANT2与基准天线ANT1配合收发电磁信号，或者选择将第三个天线ANT3与基准天线ANT1配合收发电磁信号。

作为本实施例的一种优选电路设计，在所述开关单元中可以设置三个单刀双掷开关，如图4所示。其中，将第一单刀双掷开关SPDT1的公共端COM连接至功率检测与控制单元的通信信号收发接口，以在移动终端工作在接收状态时，将天线接收到的通信信号发送至功率检测与控制单元；或者在移动终端工作在发射状态时，将信号源输出的通信信号通过功率检测与控制单元发送至天线，进而向空间辐射。将第一单刀双掷开关SPDT1的第一选通端S1连接至第二单刀双掷开关SPDT2的公共端COM，并将第一单刀双掷开关SPDT1的第二选通端S2连接至第三单刀双掷开关SPDT3的公共端COM。将第二单刀双掷开关SPDT2的第一选通端S1连接至所述的第二个天线ANT2，第二选通端S2连接至第一移相器。同理，将第三单刀双掷开关SPDT3的第一选通端S1连接至所述第三个天线ANT3，第二选通端S2连接至第二移相器。将三个单刀双掷开关SPDT1、SPDT2、SPDT3的控制端分别连接至功率检测与控制单元的控制信号输出接口，接收功率检测与控制单元输出的开关控制信号，进而根据无线通设备的实际工作需要自动调整自身的投切方向。

下面结合图3，对天线方向图的可重构方法进行具体阐述，包括以下过程：

S301、将基准天线ANT1、第二个天线ANT2和第三个天线ANT3的相位调整到初始相位；

在本实施例中，基准天线ANT1的相位可以始终保持在0°，设置第二个天线ANT2和第三个天线ANT3的初始相位也分别为0°，使第二个天线ANT2与基准天线ANT1之间的相位差为零，且第三个天线ANT2与基准天线ANT1之间的相位差也为零。此时，无论使用基准天线ANT1和第二个天线ANT2收发电磁信号，还是使用基准天线ANT1和第三个天线ANT3收发电磁信号，其形成的方向图均为全向辐射，即可全方位地接收空间中的电磁信号，以便于判断电磁信号在空间中的强弱分布状况。

S302、确定电磁信号在空间中的强弱分布；

在本实施例中，当无线通信设备（例如手机等移动终端）需要与外围设备（例如基站）进行通信时，可以通过功率检测与控制单元首先控制第一单刀双掷开关SPDT1投切至第一选通端S1，使第一单刀双掷开关SPDT1的公共端COM与其第一选通端S1连通，并控制第二单刀双掷开关SPDT2投切至其第一选通端S1，使第二个天线ANT2与功率检测与控制单元连通，利用基准天线ANT1和第二个天线ANT2全方位地接收空间中的电磁信号，并记录基准天线ANT1和第二个天线ANT2的接收功率。然后，功率检测与控制单元控制第一单刀双掷开关SPDT1投切至第二选通端S2，使第一单刀双掷开关SPDT1的公共端COM与其第二选通端S2连通，并控制第三单刀双掷开关SPDT3投切至其第一选通端S1，连通第三个天线ANT3与所述功率检测与控制单元之间的信号通路，进而利用基准天线ANT1和第三个天线ANT3全方位地接收空间中的电磁信号，并记录基准天线ANT1和第三个天线ANT3的接收功率。根据接收到的两组接收功率，功率检测与控制单元即可间接地判断出电磁信号在空间中的强弱分布状况。

当然，也可以采用本技术领域已知的其他方法来判别电磁信号在空间中的强弱分布状况，本实施例对此不进行具体限制。

S303、根据电磁信号在空间中的强弱分布状况，确定使用哪两个天线收发电磁信号，并调整所述的两个天线之间的相位差，使通过所述的两个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向或者接近空间中电磁信号最强的方位。

具体包括以下过程：

S3031、若电磁信号在空间中均匀分布，则启用第二个天线ANT2（或第三个天线ANT3）配合基准天线ANT1收发电磁信号，并调整所述第二个天线ANT2（或第三个天线ANT3）与所述基准天线ANT1之间的相位差为零，使所述基准天线ANT1和第二个天线ANT2（或第三个天线ANT3）全向辐射。

以手机为例，当手机处于基站分布均匀的空旷环境时，如图5A所示的通信环境，基站1均匀地分布在手机2的四周位置，通过基站1发射的通信信号在该通信环境的各个方向上的强度是基本均等的。此时，可以启用手机2内的第二个天线ANT2配合基准天线ANT1收发通信信号，并调整第二个天线ANT2的相位为0°，即，使第二个天线ANT2与基准天线ANT1之间的相位差为零，从而调整第二个天线ANT2与基准天线ANT1形成的天线系统的方向图全向辐射，如图6A所示，以全方位地接收和发射通信信号。当然，也可以启用移动终端2内的第三个天线ANT3配合基准天线ANT1收发通信信号，并调整第三个天线ANT3的相位为0°，即，使第三个天线ANT3与基准天线ANT1之间的相位差为零，从而调整第三个天线ANT3与基准天线ANT1形成的天线系统的方向图全向辐射，如图7A所示，也可以全方位地接收和发射通信信号。

本实施例以使用基准天线ANT1和第二个天线ANT2为例进行说明。当功率检测与控制单元检测到电磁信号在空间中均匀分布时，首先控制第一单刀双掷开关SPDT1投切至第一选通端S1，并控制第二单刀双掷开关SPDT2投切至其第二选通端S2，进而控制第一移相器将第二个天线ANT2的相位调整到0°，使第二个天线ANT2与基准天线ANT1之间的相位差为零。然后，控制第二单刀双掷开关SPDT2投切至其第一选通端S1，控制基准天线ANT1和第二个天线ANT2形成的天线系统在水平面内360°全向辐射。

由于第一单刀双掷开关SPDT1的公共端COM与其第二选通端S2是断开的，因而，此时第三个天线ANT3是处于不工作状态的。

S3032、若电磁信号在空间中非均匀分布，且电磁信号最强的方位位于或临近所述第一平面直角坐标系中X轴的正半轴的轴向方向时，则启用第二个天线ANT2，并调整所述第二个天线ANT2与所述基准天线ANT1之间的相位差，使天线方向图为指向0°方向的半空间辐射，即，天线系统的最大辐射方向指向X轴的正方向，而不指向180°方向。

如图5B所示的方向，当绝大多数基站1分布在手机2的右侧，即位于所述X轴的正方向时，空间中电磁信号最强的方位大致位于所述第一平面直角坐标系中的-45°至45°之间的区域内，其余区域的信号强度相对较弱。此时，功率检测与控制单元首先控制第一单刀双掷开关SPDT1投切至第一选通端S1，并控制第二单刀双掷开关SPDT2投切至其第二选通端S2，并根据第二个天线ANT2的具体布设位置，调整第二个天线ANT2的相位到135°或-135°。

具体来讲，当第二个天线ANT2位于所述X轴的正半轴时，调整第二个天线ANT2的相位到135°；当第二个天线ANT2位于所述X轴的负半轴时，调整第二个天线ANT2的相位到-135°。然后，控制第二单刀双掷开关SPDT2投切至其第一选通端S1，使第二个天线ANT2与功率检测与控制单元连通。此时，通过基准天线ANT1与第二个天线ANT2所形成的天线系统的方向图仅包含一个波束，且天线系统的最大辐射方向指向X轴的正方向，如图6B所示的天线方向图。由于天线装置的最大辐射方向与空间中通信信号最好的方向一致或者最为接近，因此，可以实现手机2与基站1之间最优的信号交互。

S3033、若电磁信号在空间中非均匀分布，且电磁信号最强的方位位于或临近所述第一平面直角坐标系中X轴的负半轴的轴线方向时，则启用第二个天线ANT2，并调整第二个天线ANT2与基准天线ANT1之间的相位差，使天线方向图为指向180°方向的半空间辐射，即，天线系统的最大辐射方向指向X轴的负方向，而不指向0°方向。

如图5C所示的方向，当绝大多数基站1分布在手机2的左侧，即位于所述X轴的负方向时，空间中电磁信号最强的方位大致位于所述第一平面直角坐标系中的-135°至135°之间的区域内，其余区域的信号强度相对较弱。此时，功率检测与控制单元首先控制第一单刀双掷开关SPDT1投切至第一选通端S1，并控制第二单刀双掷开关SPDT2投切至其第二选通端S2，并根据第二个天线ANT2的具体布设位置，调整第二个天线ANT2的相位到135°或-135°。

具体来讲，当第二个天线ANT2位于所述X轴的正半轴时，调整第二个天线ANT2与基准天线ANT1之间的相位差为-135°；当第二个天线ANT2位于所述X轴的负半轴时，调整第二个天线ANT2与基准天线ANT1之间的相位差为135°；然后，控制第二单刀双掷开关SPDT2投切至其第一选通端S1，使第二个天线ANT2与功率检测与控制单元连通。

通过功率检测与控制单元控制第二个天线ANT2和基准天线ANT1收发电磁信号。此时，由于通过基准天线ANT1与第二个天线ANT2所形成的天线系统的方向图仅包含一个波束，且天线系统的最大辐射方向指向所述X轴的负方向，如图6C所示的天线方向图，与空间中通信信号最好的方向一致或者最为接近，因此，可以实现手机2与基站1之间最优的信号交互。

S3034、若电磁信号在空间中非均匀分布，且电磁信号最强的方位位于或临近所述第二平面直角坐标系Y轴的正半轴的轴线方向时，则启用第三个天线ANT2，并调整所述第三个天线ANT3与所述基准天线ANT1之间的相位差，使天线方向图为指向90°方向的半空间辐射，即，天线系统的最大辐射方向指向所述Y轴的正方向，而不指向270°方向。

如图5D所示的方向，当绝大多数基站1分布在手机2的上方，即位于所述Y轴的正方向时，空间中电磁信号最强的方位大致位于所述第二平面直角坐标系中的45°至135°之间的区域内，其余区域的信号强度相对较弱。此时，功率检测与控制单元首先控制第一单刀双掷开关SPDT1投切至第二选通端S2，并控制第三单刀双掷开关SPDT3投切至其第二选通端S2，并根据第三个天线ANT3的具体布设位置，调整第三个天线ANT3的相位到135°或-135°。

具体来讲，当第三个天线ANT3位于所述Y轴的正半轴时，调整第三个天线ANT3的相位到135°；当第三个天线ANT3位于所述Y轴的负半轴时，调整第三个天线ANT3的相位到-135°。然后，控制第三单刀双掷开关SPDT3投切至其第一选通端S1，使第三个天线ANT3与功率检测与控制单元连通。此时，通过基准天线ANT1与第三个天线ANT3所形成的天线系统的方向图仅包含一个波束，且天线系统的最大辐射方向指向所述Y轴的正方向，如图7B所示的天线方向图。由于天线装置的最大辐射方向与空间中通信信号最好的方向一致或者最为接近，因此，可以实现手机2与基站1之间最优的信号交互。

由于第一单刀双掷开关SPDT1的公共端COM与其第一选通端S1是断开的，因而，此时第二个天线ANT2是处于不工作状态的。

S3035、若电磁信号在空间中非均匀分布，且电磁信号最强的方位位于或临近所述第二平面直角坐标系Y轴的负半轴的轴线方向时，则调整第三个天线ANT3与基准天线ANT1之间的相位差，使天线方向图为指向270°方向的半空间辐射，即，天线系统的最大辐射方向指向所述Y轴的负方向，而不指向90°方向。

如图5E所示的方向，当绝大多数基站1分布在手机2的下方，即位于所述Y轴的负方向时，空间中电磁信号最强的方位大致位于所述第二平面直角坐标系中的-135°至-45°之间的区域内，其余区域的信号强度相对较弱。此时，功率检测与控制单元首先控制第一单刀双掷开关SPDT1投切至第二选通端S2，并控制第三单刀双掷开关SPDT3投切至其第二选通端S2，并根据第三个天线ANT3的具体布设位置，调整第三个天线ANT3的相位到135°或-135°。

具体来讲，当第三个天线ANT3位于所述Y轴的正半轴时，调整第三个天线ANT3与基准天线ANT1之间的相位差为-135°；当第三个天线ANT3位于所述Y轴的负半轴时，调整第三个天线ANT3与基准天线ANT1之间的相位差为135°；然后，控制第三单刀双掷开关SPDT3投切至其第一选通端S1，使第三个天线ANT3与功率检测与控制单元连通。

通过功率检测与控制单元控制第三个天线ANT3和基准天线ANT1收发电磁信号。此时，由于通过基准天线ANT1与第三个天线ANT3所形成的天线系统的方向图仅包含一个波束，且天线系统的最大辐射方向指向所述Y轴的负方向，如图7C所示的天线方向图，与空间中通信信号最好的方向一致或者最为接近，因此，可以实现手机2与基站1之间最优的信号交互。

本实施例通过在无线通信设备中设置三个天线，由此可以调整天线装置在水平面内全向辐射或者最大辐射方向在指向X轴和Y轴的正负四个方向上智能切换。这相比实施例一所述的双天线装置，能够调整天线系统的最大辐射方向更好地跟踪空间中电磁信号分布最强的方位，达到更优的无线通信效果。当然，为了获得更好的通信质量，也可以仿照实施例二的设计方式在无线通信设备中设置更多的天线，以更精确地追踪空间中电磁信号分布最强的方位。但是，考虑到目前的无线通信设备，特别是手机等移动终端，其内部用于布设天线的空间极为有限，要在狭小的天线布设空间里安装四个或者四个以上的天线，显然是相当困难的。因此，为了在确保通信质量的前提下，尽可能地降低无线通信设备的设计难度，本实施例优选在无线通信设备中设置两个或者三个天线。

本实施例的无线通信设备既可以是手机等用于与基站进行信息交互的移动终端，也可以是支持无线通信的智能电视等摆放位置相对固定的无线设备，这种设备在与其进行信号交互的路由器的位置发生变化时，为使其与路由器之间达到最优化的信号交互，也可以进行天线方向图的可重构，使得该类设备的天线方向图的最大指向与路由器的天线辐射方向一致。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种天线方向图的可重构方法，应用在具有多天线的无线通信设备中，其特征在于，

选择其中一个天线作为基准天线，将第二个天线设置在距离所述基准天线λ/8的位置处，所述λ为所述基准天线和第二个天线接收的电磁信号的波长；

确定所述电磁信号在空间中的强弱分布；

调整所述第二个天线与所述基准天线之间的相位差，使基准天线和第二个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向或者接近空间中电磁信号最强的方位。

2.根据权利要求1所述的天线方向图的可重构方法，其特征在于，

建立第一平面直角坐标系，所述基准天线和所述第二个天线均位于所述第一平面直角坐标系的X轴的轴线上，所述第一平面直角坐标系的坐标原点为所述基准天线与第二个天线的中间点；

若电磁信号在空间中均匀分布，则调整所述第二个天线与所述基准天线之间的相位差为零，使基准天线和第二个天线形成的天线系统全向辐射；

若电磁信号在空间中非均匀分布，则调整所述第二个天线与所述基准天线之间的相位差，使基准天线和第二个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向X轴的正方向或者X轴的负方向。

3.根据权利要求2所述的天线方向图的可重构方法，其特征在于，

设置第三个天线，将第三个天线设置在距离所述基准天线λ/8的位置处；建立第二平面直角坐标系，所述基准天线和所述第三个天线均位于所述第二平面直角坐标系的Y轴的轴线上，所述第二平面直角坐标系的坐标原点为所述基准天线与第三个天线的中间点；

当空间中电磁信号最强的方位位于或临近所述X轴的正半轴方向时，利用所述基准天线和第二个天线接收电磁信号，并调整第二个天线与基准天线之间的相位差，使基准天线和第二个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向X轴的正方向；

当空间中电磁信号最强的方位位于或临近所述X轴的负半轴方向时，利用所述基准天线和第二个天线接收电磁信号，并调整第二个天线与基准天线之间的相位差，使基准天线和第二个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向X轴的负方向；

当空间中电磁信号最强的方位位于或临近所述Y轴的正半轴方向时，利用所述基准天线和第三个天线接收电磁信号，并调整第三个天线与基准天线之间的相位差，使基准天线和第三个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向Y轴的正方向；

当空间中电磁信号最强的方位位于或临近所述Y轴的负半轴方向时，利用所述基准天线和第三个天线接收电磁信号，并调整第三个天线与基准天线之间的相位差，使基准天线和第三个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向Y轴的负方向。

4.根据权利要求3所述的天线方向图的可重构方法，其特征在于，

将所述第二个天线设置在所述X轴的正半轴上，将所述第三个天线设置在所述Y轴的负半轴上；

当空间中电磁信号最强的方位位于所述第一平面直角坐标系中的-45°至45°之间的区域内时，则调整所述第二个天线与所述基准天线之间的相位差为135°，使基准天线和第二个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向X轴的正方向；

当空间中电磁信号最强的方位位于所述第一平面直角坐标系中的-135°至135°之间的区域内时，则调整所述第二个天线与所述基准天线之间的相位差为-135°，使基准天线和第二个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向X轴的负方向；

当空间中电磁信号最强的方位位于所述第二平面直角坐标系中的45°至135°之间的区域内时，则调整所述第三个天线与所述基准天线之间的相位差为-135°，使基准天线和第三个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向Y轴的正方向；

当空间中电磁信号最强的方位位于所述第二平面直角坐标系中的-45°至-135°之间的区域内时，则调整所述第三个天线与所述基准天线之间的相位差为135°，使基准天线和第三个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向Y轴的负方向。

5.一种天线装置，其特征在于，包括：

基准天线；

第二个天线，其与所述基准天线的距离为λ/8，所述λ为所述基准天线和第二个天线接收的电磁信号的波长；

第一移相器，其用于调整所述第二个天线与所述基准天线之间的相位差；

功率检测与控制单元，其控制所述基准天线和所述第二个天线接收空间中的电磁信号，并根据两个天线的接收功率判断所述电磁信号在空间中的强弱分布，进而根据所述电磁信号在空间中的强弱分布状况，控制所述第一移相器调整所述第二个天线与所述基准天线之间的相位差，使基准天线和第二个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向或者接近空间中电磁信号最强的方位。

6.根据权利要求5所述的天线装置，其特征在于，

所述基准天线和所述第二个天线均设置在第一平面直角坐标系的X轴的轴线上，所述第一平面直角坐标系的坐标原点为所述基准天线与第二个天线的中间点；

所述功率检测与控制单元在检测到所述电磁信号在空间中均匀分布时，控制所述第一移相器调整所述第二个天线与所述基准天线的相位差为0°，使基准天线和第二个天线形成的天线系统全向辐射；所述功率检测与控制单元在检测到电磁信号在空间中非均匀分布时，控制所述第一移相器调整所述第二个天线与所述基准天线的相位差为135°或-135°，使基准天线和第二个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向所述X轴的正方向或所述X轴的负方向。

7.根据权利要求6所述的天线装置，其特征在于，还包括：

第三个天线，其与所述基准天线均设置在第二平面直角坐标系的Y轴上，且与所述基准天线之间的距离为λ/8，所述第二平面直角坐标系的坐标原点为所述基准天线与第三个天线的中间点；

开关单元，其连接在所述第二个天线和所述功率检测与控制单元之间，以及所述第三个天线和所述功率检测与控制单元之间；

第二移相器，其用于调整所述第三个天线与所述基准天线之间的相位差；

其中，

所述功率检测与控制单元在检测到空间中电磁信号最强的方位位于或临近所述X轴的正半轴时，控制所述开关单元选通第二个天线，且断开第三个天线，控制所述基准天线和第二个天线接收电磁信号，并控制第一移相器调整第二个天线与基准天线之间的相位差，使基准天线和第二个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向所述X轴的正方向；

所述功率检测与控制单元在检测到空间中电磁信号最强的方位位于或临近所述X轴的负半轴时，控制所述开关单元选通第二个天线，且断开第三个天线，控制所述基准天线和第二个天线接收电磁信号，并控制第一移相器调整第二个天线与基准天线之间的相位差，使基准天线和第二个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向所述X轴的负方向；

所述功率检测与控制单元在检测到空间中电磁信号最强的方位位于或临近所述Y轴的正半轴时，控制所述开关单元选通第三个天线，且断开第二个天线，控制所述基准天线和第三个天线接收电磁信号，并控制第二移相器调整第三个天线与基准天线之间的相位差，使基准天线和第三个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向所述Y轴的正方向；

所述功率检测与控制单元在检测到空间中电磁信号最强的方位位于或临近所述Y轴的负半轴时，控制所述开关单元选通第三个天线，且断开第二个天线，控制所述基准天线和第三个天线接收电磁信号，并控制第二移相器调整第三个天线与基准天线之间的相位差，使基准天线和第三个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向所述Y轴的负方向。

8.根据权利要求7所述的天线装置，其特征在于，

所述第二个天线位于所述X轴的正半轴上，所述第三个天线位于所述Y轴的负半轴上；

所述功率检测与控制单元在检测到空间中电磁信号最强的方位位于所述第一平面直角坐标系中的-45°至45°之间的区域内时，控制所述第一移相器调整所述第二个天线与所述基准天线之间的相位差为135°，使基准天线和第二个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向所述X轴的正方向；

所述功率检测与控制单元在检测到空间中电磁信号最强的方位位于所述第一平面直角坐标系中的-135°至135°之间的区域内时，控制所述第一移相器调整所述第二个天线与所述基准天线之间的相位差为-135°，使基准天线和第二个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向所述X轴的负方向；

所述功率检测与控制单元在检测到空间中电磁信号最强的方位位于所述第二平面直角坐标系中的45°至135°之间的区域内时，控制所述第二移相器调整所述第三个天线与所述基准天线之间的相位差为-135°，使基准天线和第三个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向所述Y轴的正方向；

所述功率检测与控制单元在检测到空间中电磁信号最强的方位位于所述第二直角坐标系中的-45°至-135°之间的区域内时，控制所述第二移相器调整所述第三个天线与所述基准天线之间的相位差为135°，使基准天线和第三个天线形成的天线系统的最大辐射方向指向所述Y轴的负方向。

9.根据权利要求7所述的天线装置，其特征在于，所述开关单元包括：

第一单刀双掷开关，其公共端连接所述的功率检测与控制单元；

第二单刀双掷开关，其公共端连接所述第一单刀双掷开关的第一选通端，第二单刀双掷开关的第一选通端连接所述第二个天线，第二单刀双掷开关的第二选通端连接所述第一移相器；

第三单刀双掷开关，其公共端连接所述第一单刀双掷开关的第二选通端，第三单刀双掷开关的第一选通端连接所述第三个天线，第三单刀双掷开关的第二选通端连接所述第二移相器；

其中，所述第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关和第三单刀双掷开关均接收所述功率检测与控制单元输出的开关控制信号，以调整自身的投切方向。

10.一种无线通信设备，其特征在于，包括信号源以及如权利要求5至9中任一项所述的天线装置；所述功率检测与控制单元连接所述的信号源。