CN107181053A

CN107181053A - 天线装置及电子设备

Info

Publication number: CN107181053A
Application number: CN201710117630.0A
Authority: CN
Inventors: 高伦; 高一伦; 胡育根; 陈文莲
Original assignee: Hisense Mobile Communications Technology Co Ltd
Current assignee: Hisense Mobile Communications Technology Co Ltd
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2017-09-19
Anticipated expiration: 2037-03-01
Also published as: CN107181053B

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：以阵列方式排布的多个天线单元，其中，多个天线单元中辐射隔离度满足预设要求的两个天线单元分别为第一天线单元和第二天线单元；第一开关单元，其第一端连接至多个天线单元除第一天线单元和第二天线单元外的所有天线单元；第二开关单元，其第一端连接至第二天线单元；以及功能电路单元，其第一信号输出端与第一天线单元连接；其中，功能电路单元根据电磁波吞吐量对第一开关单元和第二开关单元的开关操作进行控制，以实现天线装置中不同部件之间的连接。本公开实现了阵列天线与MIMO天线之间的切换。

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，涉及一种天线装置以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，随着多媒体和网络交互的广泛应用，用户对网速提出了越来越高的要求，同时，复杂的信号覆盖环境以及电子设备的集成化可能造成天线性能的衰减。鉴于此，研究人员开发了一些新的通信技术(例如，智能天线技术、分集技术等)，这些技术虽然可以在一定程度上解决天线性能衰减的问题，但在一些固定产品上天线的单一设计无法兼容不同的传输环境。

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以及包括该天线装置的电子设备，可以实现阵列天线与MIMO天线之间的切换，解决了同一天线无法兼容不同传输环境的问题。

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，其中，所述多个天线单元中辐射隔离度满足预设要求的两个天线单元分别为第一天线单元和第二天线单元；

第一开关单元，其第一端连接至所述多个天线单元除所述第一天线单元和所述第二天线单元外的所有天线单元；

第二开关单元，其第一端连接至所述第二天线单元；以及

功能电路单元，其第一信号输出端与所述第一天线单元连接；

其中，所述功能电路单元根据电磁波吞吐量将所述第一开关单元的第二端及所述第二开关单元的第二端连接至所述功能电路单元的所述第一信号输出端；或者将所述第一开关单元的第二端连接至一对地匹配器件且将所述第二开关单元的第二端连接至所述功能电路单元的第二信号输出端。

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，在天线装置中配置两个开关单元，可以通过所述两个开关单元实现阵列天线与MIMO天线的重构设计，一方面，实现了阵列天线与MIMO天线之间的切换，解决了天线兼容应用场景的问题；另一方面，可以通过该重构设计增大电磁波的传输率。

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MIMO天线的极化方式的示意图；

图4示意性示出了根据本公开的示例性实施方式的另一种天线装置的电路图；

图5示出了在改变输入相位后的阵列天线的极化方式的示意图；

图6示出了阵列天线的应用场景的示意图；以及

图7示出了MIMO天线的应用场景的示意图。

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。

在天线技术中，MIMO(Multi-input Multi-output，多路进多路出)作为正交的双通路收发技术，可以实现双通路的高速率传输，也就是说，MIMO技术可以实现电磁波双发双收的目的，使得在不增加带宽的情况下成倍地提高天线系统的吞吐量。

本公开的目的在于提供一种可重构的天线装置。在本公开的示例性实施方式中，在阵列天线的基础上，可以通过开关单元的切换实现单模高增益的阵列天线与MIMO天线的切换设计。

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和相同的辐射方向。

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，将所述多个天线单元中辐射隔离度满足预设要求的两个天线单元分别限定为第一天线单元和第二天线单元，其中，辐射隔离度的预设要求可能与天线单元的收发特性、应用场景的环境等因素相关，本公开对辐射隔离度的预设要求不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际情况以及天线单元使用过程中的精度要求来确定该预设要求。

根据本公开的一些实施例，可以将多个天线单元中距离最远的两个天线单元限定为第一天线单元和第二天线单元。例如，在所述多个天线单元的阵列排列方式为直线型时，直线型阵列端部的两个天线单元分别为第一天线单元和第二天线单元；在所述多个天线单元的阵列排列方式为正方型时，正方形对角的两个天线单元可以分别为第一天线单元和第二天线单元。

在本公开的示例性实施方式中，所述天线装置还包括第一开关单元和第二开关单元。其中，第一开关单元的第一端可以连接至所述多个天线单元除所述第一天线单元和所述第二天线单元外的所有天线单元，第二开关单元的第一端可以连接至第二天线单元。

根据本公开的一些实施例，第一开关单元和第二开关单元可以是传统意义上的物理开关(例如，有源开关)，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。

在本公开的示例性实施方式中，所述天线装置还包括功能电路单元。其中，该功能电路单元可以包括第一信号输出端和第二信号输出端。该功能电路单元可以根据天线装置的电磁波吞吐量将第一开关单元的第二端及第二开关单元的第二端连接至功能电路单元的第一信号输出端，或者将第一开关单元的第二端连接至一对地匹配器件且将所述第二开关单元的第二端连接至功能电路单元的第二信号输出端。

根据本公开的一些实施例，功能电路单元还可以包括吞吐量检测模块，吞吐量检测模块可以用于对电磁波的吞吐量进行检测，并将检测结果与一预设吞吐量进行比较，其中，该预设吞吐量可以由开发人员根据硬件条件并结合应用场景而确定，本示例性实施方式中对此不做特殊限定。接下来，在检测结果小于预设吞吐量时，功能电路单元将第一开关单元的第二端及第二开关单元的第二端连接至功能电路单元的第一信号输出端，在这种情况下，天线装置为阵列天线；在检测结果不小于预设吞吐量时，功能电路单元将第一开关单元的第二端连接至一对地匹配器件并且将第二开关单元的第二端连接至功能电路单元的第二信号输出端，在这种情况下，天线装置为MIMO天线。

根据本公开的一些实施例，功能电路单元还可以包括第一控制信号输出端和第二控制信号输出端，并且第一开关单元和第二开关单元均可以包括控制端。在这种情况下，可以将功能电路单元的第一控制信号输出端和第二控制信号输出端分别连接至第一开关单元的控制端和第二开关单元的控制端，从而可以控制第一开关单元和第二开关单元的开关切换操作。

根据本公开的一些实施例，功能电路单元可以是WiFi芯片，但不限于此，功能电路单元还可以是由多个芯片及相关电路组成的芯片组，本示例性实施方式中对此不做特殊限定。

此外，功能电路单元的第一信号输出端和第二信号输出端可以是射频信号输出端。

根据本公开的一些实施例，天线装置还包括天线匹配单元，该天线匹配单元与功能电路单元的第一信号输出端连接。可以通过配置天线匹配单元实现对自谐振频率的调谐。

根据本公开的一些实施例，天线匹配单元可以包括第三开关单元以及阻抗不同的多个匹配器件，每个匹配器件可以由电容器和/或电感器组成。功能电路单元的第一信号输出端可以经由第三开关单元与不同的匹配器件连接，以实现对自谐振频率的调谐。

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。

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示意性示出了根据本公开的示例性实施方式的一种天线装置的电路图。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和天线单元103。其中，天线单元100与天线单元103之间的距离最远，因此，天线单元100可以是上文所述的第一天线单元，天线单元103可以是上文所述的第二天线单元。天线装置还包括WiFi芯片12，WiFi芯片12包括第一信号输出端RF1、第二信号输出端RF2、第一控制信号输出端CTL1以及第二控制信号输出端CTL2，其中，第一信号输出端RF1可以与天线匹配单元11的输入端连接，天线匹配单元11的输出端与天线单元100连接。此外，天线装置还可以包括第一开关单元13和第二开关单元14，其中，第一开关单元13的一端与开关单元101和开关单元102连接，第一开关单元13的另一端可以与天线匹配单元11的输出端连接或者与对地匹配器件15连接，第一开关单元13的控制端与WiFi芯片12的第一控制信号输出端CTL1连接；第二开关单元14的一端与天线单元103连接，第二开关单元14的另一端可以与天线匹配单元11的输出端连接或者与WiFi芯片12的第二信号输出端RF2连接，第二开关单元14的控制端与WiFi芯片12的第二控制信号输出端CTL2连接。

本领域技术人员应当理解的是，图1中各个部件的连接方式仅示例性表明本公开的构思，而不是本公开的全部内容，图1所述电路图的各种变型也属于本公开的保护范围。

在上述实例中，天线匹配单元11可以由电容器和/或电感器组成，用于对阻抗进行匹配，从而可以实现特定的谐振频率。

如上文所述，第一开关单元13和第二开关单元14可以是有源开关，然而，可以通过软件以及/或者通过软件与硬件结合的方式实现开关功能，本示例性实施方式中对此不做特殊限定。

另外，WiFi芯片12还包括吞吐量检测模块(未示出)，可以用于对电磁波的吞吐量进行检测，并根据检测得到的吞吐量与一预设吞吐量的比较结果对天线装置进行阵列天线与MIMO天线之间的切换操作。

下面将描述天线装置为阵列天线的情况。

在WiFi芯片12检测得到的吞吐量小于预设吞吐量时，WiFi芯片12通过第一控制信号输出端CTL1向第一开关单元13发送开关控制信号，使得第一开关单元13连接至天线匹配单元11的输出端。同时，WiFi芯片12通过第二控制信号输出端CTL2向第二开关单元14发送开关控制信号，使得第二开关单元14连接至天线匹配单元11的输出端。此时，图1所示的电路构成阵列天线。

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。参考图2，阵列天线的极化方式为定向极化方式，其中，主波瓣20的方向为天线装置的最大极化方向，在此方向上，天线的增益可以得到显著提升。另外，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。

接下来，将讨论天线装置为MIMO天线的情况。

在WiFi芯片12检测得到的吞吐量不小于预设吞吐量时，WiFi芯片12通过第一控制信号输出端CTL1向第一开关单元13发送开关控制信号，使得第一开关单元13连接至对地匹配器件15。同时，WiFi芯片12通过第二控制信号输出端CTL2向第二开关单元14发送开关控制信号，使得第二开关单元14连接至WiFi芯片12的第二信号输出端RF2。此时，天线单元101和天线单元102通过对地匹配器件15接地，而天线单元100、天线单元103、WiFi芯片12以及天线匹配单元11构成双通路的MIMO天线。

图3示出了根据本公开的示例性实施方式的MIMO天线的极化方式的示意图。参考图3，天线单元100和天线单元300均可以作为独立收发的全向天线单元，另外，天线单元100和天线单元300的极化区域可以分别为区域30和区域31。在这种情况下，天线装置具有较好的方向性。

图4示意性示出了根据本公开的示例性实施方式的另一种天线装置的电路图。与图1中所示电路图类似，图4所示的天线装置可以包括天线单元400、天线单元401、天线单元402、天线单元403、WiFi芯片43、第一开关单元44、第二开关单元45以及对地匹配器件46。此外，图4所示的天线装置可以采用第三开关单元42、第一匹配电路单元411以及第二匹配电路单元412来代替图1所示的天线装置的天线匹配单元11，另外，第一匹配电路单元411和第二匹配电路单元412可以为上文所述的匹配器件。其中，第三开关单元42的一端与第一信号输出端RF1连接，此外，WiFi芯片43可以包括与第三开关单元42的控制端连接的第三控制信号输出端CTL3，用于控制第三开关单元42的另一端连接至第一匹配电路单元411或者用于控制第三开关单元42的另一端连接至第二匹配电路单元412。

根据本公开的一些实施例，通过第一匹配电路单元411与第二匹配电路单元412的切换，可以在仅改变天线输入阻抗虚部的情况下改变阵列天线的输入相位，而不改变天线单元的自谐振频率，从而实现改变天线最大极化方向的目的。此外，针对高频段信号，选取不同长度的等效微带线同样可以实现上述目的。

图5示出了在改变输入相位后的阵列天线的极化方式的示意图。在图4所示的天线装置为阵列天线的情况下，可以通过第一匹配电路单元411与第二匹配电路单元412的切换实现如图5所示的最大极化方向的变化。本领域技术人员应当理解的是，图5所示的极化方向仅是示例性的，旨在说明可以通过图4所示的天线设计来实现最大极化方向的变化。

此外，天线装置还可以包括除第一匹配电路单元411和第二匹配电路单元412之外的其他匹配电路单元，以实现不同最大极化方向的改变。

为了更好地说明本公开的意义，下面将示例性描述上述天线装置的应用。图6示出了上述天线装置为阵列天线时的应用场景的示意图，图7示出了上述天线装置为MIMO天线时的应用场景的示意图。

参考图6，天线装置60可以位于狭窄且封闭的电磁波传输环境61(例如，地下管道、车库等)中，在这种情况下，对天线装置60在特定方向上的收发性有较高的要求。可以将天线装置60切换为具有较好的定向传输能力的阵列天线，此时，主波瓣62对应的方向可以为管道路径方向，以便于收发设备63接收天线装置60发射的电磁波以及/或者向天线装置60发送电磁波，其中，收发设备63可以位于封闭的传输路径中或该传输路径的出入口周围。此外，可以通过调节主波瓣62的方向使得主波瓣62指向收发设备63，以相比于全向天线在所需方向上得到更高的增益。

参考图7，天线装置70可以位于空旷的传输环境中，在这种情况下，天线装置70可以同时与一个或多个设备(例如，基站、路由器等)连接交互。此时，对天线装置70的增益可能要求不高，但需要天线装置70具有传输的多向性。鉴于此，可以将天线装置70切换为MIMO天线，以便于与图7中所示的路由器71、路由器72、路由器73和路由器74进行交互。

本领域技术人员应当理解的是，天线装置60和天线装置70即为图1所示的天线装置或图4所示的天线装置。

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

1.一种天线装置，其特征在于，包括：

第二开关单元，其第一端连接至所述第二天线单元；以及

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天线匹配单元，其中，所述天线匹配单元与所述功能电路单元的第一信号输出端连接。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述天线匹配单元包括第三开关单元以及阻抗不同的多个匹配器件。

4.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述功能电路单元还包括第一控制信号输出端和第二控制信号输出端，并且所述第一开关单元和所述第二开关单元均包括控制端；

其中，所述功能电路单元的所述第一控制信号输出端与所述第一开关单元的控制端连接，所述功能电路单元的所述第二控制信号输出端与所述第二开关单元的控制端连接。

5.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。

6.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。

7.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。

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.根据权利要求1至8中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述功能电路单元为WiFi芯片。

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