CN106941212A - 天线装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种天线装置及电子设备，该天线装置包括：多个天线单元，所述多个天线单元以阵列方式排布，并且所述多个天线单元包括第一天线单元以及与所述第一天线单元相邻的第二天线单元，其中，所述第一天线单元比所述第二天线单元先接收一信号源发送的信号；开关单元，所述开关单元的一端连接至所述第一天线单元，所述开关单元的另一端连接至所述第二天线单元或一对地匹配器件。本公开实现了定向天线与全向天线之间的切换，解决了天线如何兼容应用场景的问题，能够满足不同应用场景的需求。

Description

天线装置及电子设备

技术领域

本公开涉及电子设备技术领域，具体而言，涉及一种天线装置及包括该天线装置的电子设备。

背景技术

随着电子设备及互联网技术的发展，无线通信技术已成为人们进行通信的主要方式。天线作为无线通信设备必需的重要组成部分之一，主要用于将电信号转化成电磁波并发射以及接收电磁波并将接收到的电磁波转化成电信号。此外，天线的应用不局限于大型通信设备、移动通信终端(例如，手机、平板等)，在智能家电以及可穿戴设备中也有着广泛的应用。

目前，利用传统的天线设计方法设计出的天线只能应用在特定的场景中，也就是说，同一天线无法兼容多个应用场景。例如，在一些特殊的电子设备应用场景中(例如在复杂的电磁辐射环境、狭隘的辐射空间及电磁屏蔽环境下)，电磁波辐射范围广的天线可能无法较好地实现收发功能，同时，也不能解决强干扰带来的问题；而在一些需要电磁波辐射均匀且辐射范围广的应用场景中，特定方向上电磁波收发能力强而其他方向上电磁波收发能力弱的天线也不能满足应用场景的要求。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种天线装置及包括该天线装置的电子设备，解决了同一天线无法实现定向信号收发与全向信号收发之间切换的问题，使得同一天线能够应用在不同的场景中。

根据本公开的一个方面，提供一种天线装置，包括：

多个天线单元，所述多个天线单元以阵列方式排布，并且所述多个天线单元包括第一天线单元以及与所述第一天线单元相邻的第二天线单元，其中，所述第一天线单元比所述第二天线单元先接收一信号源发送的信号；

开关单元，所述开关单元的一端连接至所述第一天线单元，所述开关单元的另一端连接至所述第二天线单元或一对地匹配器件。

根据本公开的另一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述天线装置。

在本公开的一些实施例所提供的技术方案中，在包括阵列式天线单元的天线装置中配置一开关单元。通过该开关单元完成了阵列天线与Loop天线之间的重构设计，实现了定向天线与全向天线之间的切换，解决了天线如何兼容应用场景的问题，以满足不同应用场景的需求。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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。在附图中：

图1示意性示出了根据本公开的示例性实施方式的一种可重构天线装置的电路图；

图2示出了根据本公开的示例性实施方式的阵列天线的极化方式的示意图；

图3示出了根据本公开的示例性实施方式的由两个天线单元构成的Loop天线的极化方式的示意图；

图4示出了根据本公开的示例性实施方式的由两个天线单元构成的阵列天线与Loop天线的极化方式的示意性对比图；以及

图5示意性示出了根据本公开的示例性实施方式的另一种可重构天线装置的电路图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

本公开的示例性实施方式中，用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

天线的增益可以用于衡量天线在一方向上收发信号的能力，增益越大表明天线收发信号的能力越强。在现有的天线设计中，定向天线可以在特定方向提高增益，实现在某个方向或某几个方向上优异的天线性能，例如，定向天线可以应用在管道井、地下车库等相对狭长的场景中，然而，在除所述特定方向之外的其他方向上，定向天线接收和/或发射电磁波的能力较弱；与定向天线相比，全向天线可以拥有比定向天线广的接收和/或发射区域，然而，在特定方向上，全向天线的增益比定向天线的增益小，因此，全向天线可以应用在需要电磁波覆盖范围广的应用场景(例如，城郊基站)中。鉴于此，为了可以使天线装置即可以具有定向天线的特征又可以具有全向天线的特征以兼容不同的应用场景，需要一种新的天线设计形式。

本公开的目的在于提供一种可重构的天线装置，以实现定向天线与全向天线之间的切换。在本公开的示例性实施方式中，在阵列天线的基础上，通过对某个天线单元或多个天线单元进行接地切换并结合相应的天线匹配单元，可以实现天线由定向极化方式向全向极化方式的改变。

具体的，根据本公开的示例性实施方式的天线装置可以包括多个天线单元，所述多个天线单元中的每一个天线单元均可以作为独立的天线进行工作，并且每一个天线单元在独立工作时均可以覆盖适于应用场景的频段。另外，每一个天线单元可以具有相同的天线设计形式，以保证各天线单元具有相同的极化方式及相同的辐射方向。

根据本公开的一些实施例，天线单元可以是单极天线，但不限于此，天线单元还可以是其他形式的天线，例如，PIFA天线(平面倒F天线)或Loop天线(环形天线)等，本示例性实施方式中对此不做特殊限定。所述天线单元的尺寸与天线的形式相关联，例如，在天线单元为单极天线时，天线单元的长度可以约为谐振频段信号的半波长；在天线单元为PIFA天线时，天线单元的长度可以小于谐振频段信号的半波长；在天线单元为Loop天线时，天线单元的长度可以约为谐振频段信号的波长。

在本公开的示例性实施方式中，所述多个天线单元可以以阵列方式排布。另外，基于包括天线装置的电子设备中的其他装置的堆叠方式以及/或者天线装置应用场景的净空及电磁环境，所述多个天线单元可以呈直线型排列或正方型排列，本示例性实施方式中对此不做特殊限定。

此外，为了保证阵列天线最大极化增益，天线单元的数量可以为2的指数倍。

在本公开的示例性实施方式中，所述多个天线单元可以包括第一天线单元以及与第一天线单元相邻的第二天线单元。另外，第一天线单元比第二天线单元先接收一信号源发送的信号。应当理解的是，第一天线单元可以是所述多个天线单元中的任一天线单元，而术语“相邻”意指第一天线单元与第二天线单元之间不存在天线单元。

在本公开的示例性实施方式中，在第一天线单元与第二天线单元的连接线上可以设置有一开关单元，其中，开关单元的一端可以连接至第一天线单元，开关单元的另一端可以连接至第二天线单元或一对地匹配器件。

根据本公开的一些实施例，在开关单元的一端连接至第一天线单元且开关单元的另一端连接至第二天线单元时，所述天线装置为阵列天线，此时天线装置的极化形式为定向极化形式。

根据本公开的另一些实施例，在开关单元的一端连接至第一天线单元且开关单元的另一端连接至对地匹配器件时，所述天线装置构成Loop天线，此时天线装置的极化方式为全向极化形式。

此外，在需要确保天线装置在为Loop天线时仍在原自谐振频率工作的情况下，可以在多个天线单元与信号源之间设置一天线匹配单元，并通过对天线匹配单元内的阻抗进行匹配来对谐振频率进行调谐。

本领域技术人员容易理解的是，在构成Loop天线时，通过选取不同数量的天线单元以及相应匹配的电路，可以实现不同谐振频率的全向天线。

在本公开的示例性实施方式中，天线装置未组成Loop天线的部分可以构成非天线用金属体，为了使该非天线用金属体不在原谐振频率自谐振，从而实现最大程度减小金属体耦合对Loop天线造成的辐射吸收的目的，可以将该非天线用金属体悬置或通过一开关接地，或者可以通过一开关将该非天线用金属体连接至一能够影响原自谐振频率的器件，本示例性实施方式中对此不做特殊限定。

此外，可以通过同轴线将所述多个天线单元与天线发射接收端连接，可替代地，还可以通过微带线将所述多个天线单元与天线发射接收端连接。进一步的，为了保证各天线单元辐射的电磁波的相位相同，同轴线和/或微带线的长度可以是谐振频段信号的半波长的整数倍。

在本公开的一些实施例所提供的技术方案中，通过该开关单元完成了阵列天线与Loop天线之间的重构设计，实现了定向天线与全向天线之间的切换，解决了天线如何兼容应用场景的问题，以满足不同应用场景的需求。

接下来，将参考附图并结合实例详细描述本公开的实施方式。

图1示意性示出了由四个天线单元构成的一种可重构天线装置的电路图。参考图1，天线装置可以包括呈直线型连接的天线单元100、天线单元101、天线单元102以及天线单元103，其中，天线单元101可以是上文所述的第一天线单元，天线单元102可以是上文所述的第二天线单元。天线单元100可以通过一天线匹配单元与信号源11连接，该天线匹配单元可以包括L型匹配电路12、第一开关器件13以及接地匹配器件141和142。天线单元101与天线单元102之间可以设置有第二开关器件15以及接地匹配器件16，其中，第二开关器件15可以是上文所述的开关单元，接地匹配器件16可以是上文所述的对地匹配器件。天线单元103通过第三开关器件17以及接地匹配器件18接地。

在上述实例中，接地匹配器件141、接地匹配器件142、接地匹配器件16以及接地匹配器件18均可以由电容器和/或电感器组成，用于对阻抗进行匹配，从而可以实现谐振频率的调谐。

另外，本领域技术人员容易理解的是，除接地匹配器件141和142之外，天线匹配单元还可以包括其他接地匹配器件，以便于多种谐振频率的调谐。

在图1所示的实例中，第一开关器件13、第二开关器件15以及第三开关器件17可以是传统意义上的物理开关，然而，通过软件以及/或者通过软件与硬件结合的方式实现的开关也属于本公开保护的范围。

下面将讨论天线装置为阵列天线的情况。

在第二开关器件15连接至天线单元102且第三开关器件17断开的情况下，天线单元100、天线单元101、天线单元102和天线单元103收尾连接并构成一阵列天线。可以通过信号源11与天线单元100之间的天线匹配单元来对该阵列天线的谐振频率进行调谐，例如，可以通过将第一开关器件13连接至不同阻抗的接地匹配器件来实现谐振频率的调谐。此外，谐振频率的调谐可以由天线装置的实际应用场景决定，在本实例中，对接地匹配器件阻抗的具体数值不作具体限定。

图2示出了根据本公开的示例性实施方式的阵列天线的极化方式的示意图。

当天线装置为阵列天线时，天线装置的极化方式为定向极化方式，在图2中，主波瓣20的方向为天线装置的最大极化方向，副波瓣21为天线装置较杂散的极化辐射，在副波瓣21方向上天线的增益较弱。另外，可以在天线装置中设置一输入相位切换装置(未示出)，借助于该输入相位切换装置通过不同长度的同轴线/微带线的切换、采用锁相环以及/或者其他改变相位的设计来实现主波瓣20方向的改变，本示例性实施方式中对此不做特殊限定。

接下来，将讨论在天线装置为Loop天线的情况。

在第二开关器件15连接至接地匹配器件16的情况下，天线单元100和天线单元101构成一Loop天线。类似地，可以通过信号源11与天线单元100之间的天线匹配单元来对该阵列天线的谐振频率进行调谐。

图3示出了在这种情况下的Loop天线的极化方式的示意图，当天线装置切换到Loop天线时，天线装置的极化方式为全向极化方式。极化区域如图3中区域30所示。

参考图3，第三开关器件17可以与接地匹配器件18连接，此时，天线单元102、天线单元103、第三开关器件17以及接地匹配器件18构成一非天线用金属体，通过接地匹配器件18可以使天线单元102和天线单元103不在原谐振频率工作，以实现最大程度减小该非天线用金属体耦合对Loop天线造成的辐射吸收。

图4示出了由两个天线单元构成的阵列天线与Loop天线的极化方式的示意性对比图。图中阴影部分为Loop天线相比于阵列天线在主波瓣方向上增益大的部分。应当理解的是，附图仅是示意性描述，不代表Loop天线与阵列天线真实的增益关系。

上述实例描述了由两个天线单元构成的Loop天线，本公开不限于此，还可以由除两个之外的任意数量的天线单元构成Loop天线。

图5示意性示出了根据本公开的示例性实施方式的另一种可重构天线装置的电路图。参考图5，在此实例中，开关器件51以及对地匹配器件52可以设置在天线单元500与天线单元501之间，其中，开关器件51可以是上文所述的开关单元。当开关器件51连接天线单元500与天线单元501且开关器件53断开时，天线单元500、天线单元501、天线单元502和天线单元503可以构成一阵列天线。此外，当开关器件51连接天线单元500与对地匹配器件且开关器件53闭合时，天线单元500构成Loop天线，此外，天线单元503可以与一L型接地匹配电路54(即，上文所述的阻抗调谐单元)连接，通过对匹配电路进行调整以对天线单元501、天线单元502以及天线单元503进行阻抗调谐，使得天线单元501、天线单元502以及天线单元503不在原谐振频率上自谐振，以避免对Loop天线的干扰。

进一步的，本公开还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上文所述的天线装置。该电子设备可以包括移动通信终端(例如，手机、平板等)或大型通信设备(例如，基站)。

为了确保天线装置具有良好的工作性能，天线装置可以优选地位于电子设备的非金属区域内，以避免金属吸收天线装置辐射的电磁波。此外，为了不影响电子设备中电路芯片对天线极化方向的判断，还可以在电子设备内配置一同频干扰源。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了装置的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方式。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种天线装置，其特征在于，包括：

多个天线单元，所述多个天线单元以阵列方式排布，并且所述多个天线单元包括第一天线单元以及与所述第一天线单元相邻的第二天线单元，其中，所述第一天线单元比所述第二天线单元先接收一信号源发送的信号；

开关单元，所述开关单元的一端连接至所述第一天线单元，所述开关单元的另一端连接至所述第二天线单元或一对地匹配器件。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线装置还包括在所述多个天线单元与所述信号源之间的用于实现自谐振频率调谐的天线匹配单元。

3.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述多个天线单元中的每一个天线单元的设计形式均相同。

4.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线单元为单极天线、PIFA天线以及Loop天线中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线单元的数量为2的指数倍。

6.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，其中，当所述开关单元的一端连接至所述第一天线单元且所述开关单元的另一端连接至所述对地匹配器件时，所述天线装置自所述信号源起至所述对地匹配器件的部分构成一Loop天线。

7.根据权利要求6所述的天线装置，其特征在于，所述天线装置未组成所述Loop天线的部分构成非天线用金属体；

其中，所述非天线用金属体包括一阻抗调谐单元，用于对所述非天线用金属体内的天线单元进行阻抗调谐。

8.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线装置通过同轴线和/或微带线与天线发射接收端连接。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1至8中任一项所述的天线装置。