CN107959120A - 可重构天线及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可重构天线及移动终端。该可重构天线包括位于射频前端的输入输出端口、切换开关、天线辐射体、设置在天线辐射体上的至少三个馈电馈地切换端、天线开关、有源可切换匹配网络；切换开关与至少三个天线开关相连；切换开关用于切换至少三个天线开关与射频前端的输入输出端口相连；天线开关用于切换与其相连的切换开关或有源可切换匹配网络与馈电馈地切换端相连；馈电馈地切换端与射频前端的输入输出端口相连通时为馈电端。该有源天线可使天线的馈电端位置可灵活切换，使天线辐射体状态随工作频率/频段也灵活切换，并可最大限度地消除对特定辐射体物理形的依赖。

Description

可重构天线及移动终端

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种可重构天线及移动终端。

背景技术

随着4G智能终端的普及及下一代5G智能终端的发展趋势，现有及今后智能终端将面临对天线频段覆盖范围的要求越来越高的困境和挑战。当前全球各国家4G频段碎片化比较严重，目前3GPP规范里定义的4G频段已经超过40个频段，一款移动智能终端产品要做全球版本并实现全球无缝漫游，对终端天线频段覆盖范围要求是非常挑战的，“698～960MHz，1710～2690MHz”频率范围内的全频段覆盖越来越成为当下及今后的趋势或基本需求。

天线环境越来越挑战，使天线频段覆盖及其它相关性能的实现更加困难及挑战。智能终端越来越纤薄，显示屏/触摸屏/USB/Speaker/AV-Jack/马达/前后摄像头/电池等器件越来越挤占天线有效空间，以及特别是在炎热环境的全金属手机ID(即IndustrialDesign，工业设计)，使天线环境越来越困难并更具挑战。为使天线带宽尽可能多覆盖全球漫游频段，近年来的一个技术突破口是有源天线概念。现有的有源天线技术，是在天线匹配网络中引入有源的天线开关亦或天线调谐器(antenna tuner)来使天线不同阻抗匹配网络(状态)随着不同频率/频段来切换，进而来改善天线的带宽覆盖范围。

现有的有源天线概念架构包括如下三种：一，如图1所示，在天线的馈地端40引入随工作频率/频段灵活切换的第一有源可切换匹配网络60；二，如图2所示，在天线的馈电端30引入随工作频率/频段灵活切换的第一有源可切换匹配网络60；三，如图3所示，在馈电端30及馈地端40分别引入随工作频率/频段灵活切换的第一有源可切换匹配网络60和第二有源可切换匹配网络61。图1-图3中，馈电端30与射频前端的输入输出端口20相连，其中，射频前端(即Front End Module，简称FEM)。

现有有源天线技术，其架构无论是如图1、图2还是图3所示，其共同点是天线的馈电端30单一并且固定不变，仅通过在馈电端30及馈地端40分别或同时引入第一有源可切换匹配网络60和第二有源可切换匹配网络61，使天线匹配状态随工作频率/频段灵活切换；但天线辐射体状态固定不变，意味着该有源天线对所有工作频率/频段是固定不变的，从而影响有源天线的工作频率/频段，是现有有源天线技术最主要的局限点。天线辐射体状态固定不变，存在如下两方面不足：

首先，天线辐射体状态固定不变，限制现有有源天线技术(即仅天线匹配状态随工作频率/频段灵活切换)的应用效果，特别是可切换带宽的覆盖范围。在某个主要工作频率区间上，如果天线辐射体状态所呈现的初始天线带宽/效率/阻抗区间性能是最优的(通常来说，在此频率区间，如果天线辐射体10本身等效电长度接近四分之波长，其天线各项初始性能都是最优的)，这时可以最大限度发挥第一有源可切换匹配网络60和第二有源可切换匹配网络61所带来的天线带宽的改善效果，但是由于天线辐射体状态固定不变，也必然意味着此天线辐射体状态,在其他主要的工作频率区间内，其呈现的初始天线带宽/效率/阻抗区间性能是相对较差的，即便引入随不同的工作频率/频段灵活切换的可变匹配网络，其匹配的阻抗带宽也会相对比较窄，调整范围相对受限。特别是在天线环境比较差(如全金属外壳)的情况下，其初始天线带宽/效率/阻抗区间性能整体各频率区间内会比较差，通过引入随不同的工作频率/频段灵活切换的第一有源可切换匹配网络60和第二有源可切换匹配网络61，尽管可以改善天线带宽覆盖，但是其有效调整范围比较受限，极难做到任意的理想的全频段有效覆盖。

其次，对天线辐射体10特定辐射体物理形状(即天线pattern)的调试依旧具有依赖性，从而不利于实现天线辐射体10结构简洁化和标准化，也不利于产品开发中的一版定型需求。现有有源天线技术中，为配合第一有源可切换匹配网络60和第二有源可切换匹配网络61实现所需的宽带宽匹配效果，产品开发中往往需同时配合一复杂的辐射体物理形状(即天线pattern)进行调试，以优化或折衷天线辐射体10在多个主要工作频率区间内所呈现的初始天线带宽/效率/阻抗区间性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有有源天线中天线辐射体单一并且固定不变所存在不足，提供一种可重构天线及移动终端。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可重构天线，包括位于射频前端的输入输出端口、与所述输入输出端口相连的切换开关、天线辐射体、设置在所述天线辐射体上的至少三个馈电馈地切换端、与每一所述馈电馈地切换端相连的天线开关、以及与每一所述天线开关相连的有源可切换匹配网络；所述切换开关与至少三个所述天线开关相连；

所述切换开关用于切换至少三个所述天线开关与所述输入输出端口相连；每一所述天线开关用于切换与其相连的所述切换开关或所述有源可切换匹配网络与所述馈电馈地切换端相连；所述馈电馈地切换端与所述射频前端的输入输出端口相连通时为馈电端，不与所述射频前端的输入输出端口相连通时为馈地端。

优选地，所述切换开关是单刀多掷开关，所述切换开关的公共输入端与所述输入输出端口相连；所述切换开关的多路输出端分别与至少三个所述天线开关相连。

优选地，所述天线开关是单刀多掷开关，所述天线开关的公共输入端与所述馈电馈地切换端相连；所述天线开关的一路输出端与所述切换开关相连，其余输出端与所述有源可切换匹配网络相连。

优选地，所述有源可切换匹配网络包括多个并联的电感或电容，每一所述电感或电容与所述天线开关的其余输出端中的某一输出端相连。

优选地，至少三个所述馈电馈地切换端间隔设置在所述天线辐射体上。

优选地，还包括连接在每一所述切换开关与所述天线开关之间的无源匹配网络。

优选地，所述无源匹配网络包括L-型无源匹配网络，T-型无源匹配网络或π-型无源匹配网络。

优选地，所述L-型无源匹配网络包括第一电感和第二电感；所述第一电感两端分别与切换开关和一天线开关相连；所述第二电感一端连接在所述第一电感与所述切换开关之间，另一端接地。

优选地，所述L-型无源匹配网络包括第三电感和电容；所述电容两端分别与切换开关和一天线开关相连；所述第三电感一端连接在所述电容与所述天线开关之间，另一端接地。

本发明还提供一种移动终端，包括所述可重构天线。

本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明所提供的可重构天线及移动终端中，该可重构天线通过引入有源可切换匹配网络，使天线匹配状态随工作频率/频段灵活切换，使天线的谐振频率随工作频率/频段切换/偏移更加灵活，轻松，范围也更加宽广；并在天线辐射体上设有至少三个馈电馈地切换端，通过切换至少三个馈电馈地切换与射频前端的输入输出端口相连，以使天线的馈电端位置可灵活切换，使天线辐射体状态随工作频率/频段也灵活切换，使天线的谐振频率随工作频率/频段切换/偏移更加灵活及轻松，范围也更加宽广，并且最大限度地消除对特定辐射体物理形的依赖。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有有源天线的馈地端引入有源可切换匹配网络的架构示意图。

图2是现有有源天线的馈电端引入有源可切换匹配网络的架构示意图。

图3是现有有源天线的馈地端及馈电端同时引入有源可切换匹配网络的架构示意图。

图4是本发明一实施例中可重构天线的一架构示意图。

图5是图4所示可重构天线一状态的架构示意图。

图6是图4所示可重构天线另一状态的架构示意图。

图7是图4所示可重构天线又一状态的架构示意图。

图8是本发明一实施例中可重构天线的一架构示意图。

图9是图8所示可重构天线的一具体架构示意图。

图10是图9中使用第一馈电馈地切换端仿真时的回波损耗图。

图11是图9中使用第二馈电馈地切换端仿真时的回波损耗图。

图12是图9中各状态最终合并在一起的回波损耗图。

图中：10、天线辐射体；11、天线主地板；20、输入输出端口；30、馈电端；40、第一馈地端；41、第二馈地端；50、第一馈电馈地切换端口；51、第二馈电馈地切换端口；52、第三馈电馈地切换端口；5n、第n馈电馈地切换端口；60、第一有源可切换匹配网络；61、第二有源可切换匹配网络；62、第三有源可切换匹配网络；6n、第n有源可切换匹配网络；70、切换开关；80、第一天线开关；81、第二天线开关；82、第三天线开关；8n、第n天线开关；90、第一无源匹配网络；91、第二无源匹配网络；9n、第n无源匹配网络。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

图4-图7示出一具体实施方式的可重构天线的架构示意图。如图4所示，该可重构天线包括位于射频前端的输入输出端口20、与输入输出端口20相连的切换开关70、天线辐射体10、设置在天线辐射体10的至少三个馈电馈地切换端、与每一馈电馈地切换端相连的天线开关、以及与每一天线开关相连的有源可切换匹配网络，切换开关70与至少三个天线开关相连。

本实施例中，馈电馈地切换端设有三个，分别为第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51和第三馈电馈地切换端52。第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51和第三馈电馈地切换端52间隔设置在可重构天线上，并沿可重构天线长度方向依次排序。相应地，天线开关包括与第一馈电馈地切换端50相连的第一天线开关80、与第二馈电馈地切换端51的第二天线开关81、以及与第三馈电馈地切换端52相连的第三天线开关82。有源可切换匹配网络包括与第一天线开关80相连的第一有源可切换匹配网络60、与第二天线开关81相连的第二有源可切换匹配网络61、以及与第三天线开关82相连的第三有源可切换匹配网络62。其中，切换开关70与第一天线开关80、第二天线开关81和第三天线开关82相连，用于切换输入输出端口20与第一天线开关80、第二天线开关81或第三天线开关82相连。第一天线开关80用于切换第一馈电馈地切换端50与切换开关70或者第一有源可切换匹配网络60相连。第二天线开关81用于切换第二馈电馈地切换端51与切换开关70或者第二有源可切换匹配网络61相连。第三天线开关82用于切换第三馈电馈地切换端52与切换开关70或者第三有源可切换匹配网络62相连。

本实施例所提供的可重构天线中，在单一且固定的天线辐射体10上，引出第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51和第三馈电馈地切换端52。第一馈电馈地切换端50与第一天线开关80相连，第二馈电馈地切换端51与第二天线开关81相连，第三馈电馈地切换端52与第三天线开关82相连。第一天线开关80、第二天线开关81和第三天线开关82在软件控制下，可分别选择切换连通到切换开关70或者切换连通至第一有源可切换匹配网络60、第二有源可切换匹配网络61或者第三有源可切换匹配网络62上。进一步地，切换开关70在软件控制下，可切换连通到第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51和第三馈电馈地切换端52上，以确定可重构天线的馈电端30的位置；并且，切换开关70的公共输入端始终与射频前端的输入输出端口20连通。通过切换开关70与第一天线开关80、第二天线开关81和第三天线开关82的切换状态组合，可实现天线的馈电端30的位置随工作频率/频段灵活切换的目的，考虑天线辐射体10不同位置上的馈电端30，其等效天线长度不同，因此其等效辐射模式也是不同的，从而等效实现天线辐射体状态随工作频率/频段可灵活切换的目的。

图4-图7中，天线辐射体10上末端带箭头的上斜虚线表示的是天线辐射体状态可变的。第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51和第三馈电馈地切换端52间隔设置在天线辐射体10上，且第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51和第三馈电馈地切换端52与射频前端的输入输出端口20相连通时为馈电端30，不与射频前端的输入输出端口20相连通时为馈地端。当同一馈路的切换开关70和第一天线开关80同时导通时，第一馈电馈地切换端50与射频前端的输入输出端口20相连，第一馈电馈地切换端50为馈电端30，第二馈电馈地切换端51和第三馈电馈地切换端52分别为第一馈地端40和第二馈地端41，其天线辐射体状态如图5所示。当同一馈路的切换开关70和第二天线开关81同时导通时，第二馈电馈地切换端51与射频前端的输入输出端口20相连，第二馈电馈地切换端51为馈电端30，第一馈电馈地切换端50和第三馈电馈地切换端52分别为第一馈地端40和第二馈地端41，其天线辐射体状态如图6所示。当同一馈路的切换开关70和第三天线开关82同时导通时，第三馈电馈地切换端52与射频前端的输入输出端口20相连，第三馈电馈地切换端52为馈电端30，第一馈电馈地切换端50和第二馈电馈地切换端51分别为第一馈地端40和第二馈地端41，其天线辐射体状态如图7所示。

当图4所示可重构天线中同一馈路的切换开关70和第一天线开关80同时导通时，第一馈电馈地切换端50与射频前端的输入输出端口20相连，第一馈电馈地切换端50为馈电端30，第二馈电馈地切换端51和第三馈电馈地切换端52分别为第一馈地端40和第二馈地端41，其天线辐射体状态如图5所示。在特定的工作频率范围f1(比如低频段LB:698～960MHz)，天线辐射体状态标记为天线辐射体状态f1，此状态中，以第一馈电馈地切换端50的位置为天线馈电位置，即为天线的馈电端30。在软件控制下，切换开关70输出端切换连通到第一天线开关80，第一天线开关80输出端切换连通到切换开关70，以使第一馈电馈地切换端50为馈电端30。第二天线开关81输出端切换连通到第二有源可切换匹配网络61，此时与第二天线开关81相连的第二馈电馈地切换端51为第一馈地端40，以使第二有源可切换匹配网络61始终切换到固定的高阻断状态，比如一个高阻抗的600nH电感，使其呈现开路状态。第三天线开关82输出端切换连通到第三有源可切换匹配网络62，此时与第三天线开关82相连的第三馈电馈地切换端52为第二馈地端41。可以理解地，第二有源可切换匹配网络61和第三有源可切换匹配网络62还可基于f1细划分出子频率范围，比如f11，f12，f13，…，可进一步切换不同的天线匹配状态，使匹配后的天线谐振分别偏移到所需的频段上，从而轻松而方便地实现理想的f1频率范围内的全频段覆盖。在可重构天线处于图5所示状态中，天线辐射体状态的等效天线长度可以标记为L₁，其天线辐射体状态对应标识为天线辐射体状态f1。

当图4所示可重构天线中同一馈路的切换开关70和第二天线开关81同时导通时，第二馈电馈地切换端51与射频前端的输入输出端口20相连，第二馈电馈地切换端51为馈电端30，第一馈电馈地切换端50和第三馈电馈地切换端52分别为第一馈地端40和第二馈地端41，其天线辐射体状态如图6所示。在特定的工作频率范围f2(比如中频段MB:1710～2170MHz)，其天线辐射体状态标记为天线辐射体状态f2，此状态中，第二馈电馈地切换端51的位置为天线馈电位置，即为天线的馈电端30。在软件控制下，切换开关70输出端切换连通到第二天线开关81，第二天线开关81输出端切换连通到切换开关70，以使第二馈电馈地切换端51为馈电端30。第三天线开关82输出端切换连通到第三有源可切换匹配网络62，此时与第三天线开关82相连的第三馈电馈地切换端52为第二馈地端41，以使第三有源可切换匹配网络62始终切换到适当的固定电感/电容上。第一天线开关80输出端切换连通到第一有源可切换匹配网络60，此时与第一天线开关80相连的第一馈电馈地切换端50为第一馈地端40。可以理解地，第一有源可切换匹配网络60和第三有源可切换匹配网络62还可基于f2细划分出子频率范围，比如f21，f22，f23，…，可进一步切换不同的天线匹配状态，使匹配后的天线谐振分别偏移到所需的频段上，从而轻松而方便地实现理想的f2频率范围内的全频段覆盖。在可重构天线处于图6所示状态中，天线辐射体状态的等效天线长度可以标记为L₂(此处等效长度可近似理解为两端分支L₂₁及L₂₂的并联的等效长度)，其天线辐射体状态对应标识为天线辐射体状态f2。

当图4所示可重构天线中同一馈路的切换开关70和第三天线开关82同时导通时，第三馈电馈地切换端52与射频前端的输入输出端口20相连，第三馈电馈地切换端52为馈电端30，第一馈电馈地切换端50和第二馈电馈地切换端51分别为第一馈地端40和第二馈地端41，其天线辐射体状态如图7所示。在特定的工作频率范围f3(比如高频段HB:2170MHz～2690MHz)，其天线辐射体状态标记为天线辐射体状态f3，此状态中，以第三馈电馈地切换端52的位置为天线馈电位置，即为天线的馈电端30。在软件控制下，切换开关70输出端切换连通到第三天线开关82，第三天线开关82输出端切换连通到切换开关70，以使第三馈电馈地切换端52为馈电端30。第一天线开关80输出端切换连通到第一有源可切换匹配网络60，此时与第一天线开关80相连的第一馈电馈地切换端50为第一馈地端40，以使第一有源可切换匹配网络60始终切换到适当的固定电感/电容上。第二天线开关81输出端切换连通到第二有源可切换匹配网络61，此时与第二天线开关81相连的第二馈电馈地切换端51为第二馈地端41。可以理解地，第一有源可切换匹配网络60和第二有源可切换匹配网络61还可基于f3细划分出子频率范围，比如f31，f32，f33，…，可进一步切换不同的天线匹配状态，使匹配后的天线谐振分别偏移到所需的频段上，从而轻松而方便地实现理想的f3频率范围内的全频段覆盖。此状态中，天线辐射体状态的等效天线长度可以标记为L₃(此处等效长度可近似理解为两端分支L₃₁及L₃₂的并联的等效长度)，其天线辐射体状态对应标识为天线辐射体状态f3。

图8和图9示出另一具体实施方式中的可重构天线的架构示意图。如图8和图9所示，该可重构天线包括天线主地板11、设置在天线主地板11上且位于射频前端的输入输出端口20、与射频前端的输入输出端口20相连的切换开关70、天线辐射体10、设置在天线辐射体10上的n个馈电馈地切换端，n个天线开关、n个有源可切换匹配网络、n个或n-1个无源匹配网络。其中，每一天线开关与一馈电馈地切换端和一有源可切换匹配网络相连。

如图8所示，n个馈电馈地切换端分别为第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n。第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n间隔设置在可重构天线上，并沿可重构天线长度方向依次排序。相应地，n个天线开关包括与第一馈电馈地切换端50相连的第一天线开关80、与第二馈电馈地切换端51的第二天线开关81……与第n馈电馈地切换端5n相连的第n天线开关8n。N个有源可切换匹配网络包括与第一天线开关80相连的第一有源可切换匹配网络60、与第二天线开关81相连的第二有源可切换匹配网络61……与第n天线开关8n相连的第n有源可切换匹配网络6n。切换开关70与第一天线开关80通过第一无源匹配网络90相连，切换开关70与第二天线开关81通过第二无源匹配网络91相连……切换开关70与第n天线开关8n通过第n无源匹配网络9n相连。可以理解地，切换开关70与n个天线开关之间可设有无源匹配网络(如图9中的第一无源匹配网络90和第二无源匹配网络91)，也可不设置无源匹配网络(如图9中的切换开关70与第n天线开关8n之间)。如图8所示，第一天线开关80用于切换第一馈电馈地切换端50与第一无源匹配网络90或者第一有源可切换匹配网络60相连。第二天线开关81用于切换第二馈电馈地切换端51与第二无源匹配网络91或者第二有源可切换匹配网络61相连。第n天线开关8n用于切换第n馈电馈地切换端5n与第n无源匹配网络9n或者第n有源可切换匹配网络6n相连。

本实施例所提供的可重构天线，第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n间隔设置在天线辐射体10上，且第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n与与射频前端的输入输出端口20相连通时为馈电端30，不与射频前端的输入输出端口20相连通时为馈地端。即当同一馈路的切换开关70和第一天线开关80同时导通时，天线辐射体10上的第一馈电馈地切换端50通过第一天线开关80、第一无源匹配网络90和切换开关70与与射频前端的输入输出端口20相连，使得第一馈电馈地切换端50为可重构天线真正的馈电端30，第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n为馈地端。同理，第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n在第二天线开关81……第n天线开关8n与切换开关70同时导通时，为馈电端30。

具体地，天线辐射体10可以不依赖特定或复杂辐射体物理形状来使天线初始谐振落到适当频率范围上。本实施例中的天线辐射体10可以是一段适当长度的简洁的固定的细长的扁平铁片，镀铜的FPC，亦或者普通导线，天线初始谐振的频率范围可以通过天线上的馈电位置来调整。

第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n设置在天线辐射体10的不同位置。可以理解地，从天线辐射体10引出来的第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n的数量理论上可扩展到任意n个，但通常来说3个馈电馈地切换端基本可满足需求，且可确保电路复杂度及成本在可承受范围内。通过切换第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n作为天线辐射体10真正的馈电端30，不仅可决定天线辐射体10不同等效长度和天线辐射体10初始谐振频率范围，也可决定天线辐射体10不同辐射模式，对应天线辐射体10不同状态。

第一天线开关80、第二天线开关81……第n天线开关8n是单刀多掷开关。其中，第一天线开关80、第二天线开关81……第n天线开关8n的公共输入端分别与设置在天线辐射体10上的第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n相连；第一天线开关80、第二天线开关81……第n天线开关8n的一路输出端与切换开关70相连，其余输出端分别与第一有源可切换匹配网络60、第二有源可切换匹配网络61……第n有源可切换匹配网络6n相连。本实施例中，第一天线开关80、第二天线开关81……第n天线开关8n为单刀m掷开关，其中m的大小取决于期望切换状态的数量，考虑电路复杂度及成本，m的取值一般为4(如图9所示)。第一天线开关80、第二天线开关81……第n天线开关8n(单刀m掷开关)的公共输入端分别与对应的第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n连接，其m路输出端中的一路连接到对应馈路上的第一无源匹配网络90、第二无源匹配网络91……第n无源匹配网络9n上(如图8所示)；其余m-1路输出端连接到第一有源可切换匹配网络60、第二有源可切换匹配网络61……第n有源可切换匹配网络6n上。在软件控制下，可控制第一天线开关80、第二天线开关81……第n天线开关8n与切换开关70的通路组合状态。可以理解地，若第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n的任一个不需作为馈电端30，而仅作为接第一有源可切换匹配网络60、第二有源可切换匹配网络61……第n有源可切换匹配网络6n的馈地端，其对应的第一天线开关80、第二天线开关81……第n天线开关8n中m-1路输出端可连接第一有源可切换匹配网络60、第二有源可切换匹配网络61……第n有源可切换匹配网络6n。

如图8和图9所示，第一有源可切换匹配网络60、第二有源可切换匹配网络61……第n有源可切换匹配网络6n包括多个并联的电感/电容，每一电感/电容与第一天线开关80、第二天线开关81……第n天线开关8n的一输出端相连。如图8所示，第一有源可切换匹配网络60包括与第一天线开关80的m-1路输出端分别连接的电感/电容Z₁₂，Z₁₃，..Z_1(m-1)，第二有源可切换匹配网络61包括与第二天线开关81的m-1路输出端分别连接的电感/电容Z₂₂，Z₂₃，..Z_2(m-1)，第n有源可切换匹配网络6n包括与第n天线开关8n的m路输出端分别连接的电感/电容Z_n2，Z_n3，..Z_n(m-1)。在软件控制下，可以使天线匹配状态随工作频率/频段来灵活切换，从而使天线谐振频率在天线初始谐振频率周围一段所需范围内偏移，进而覆盖所有所需频段。

如图8和图9所示，第一无源匹配网络90、第二无源匹配网络91……第n无源匹配网络9n分别设置在切换开关70与第一天线开关80、第二天线开关81……第n天线开关8n之间，以进一步优化天线初始谐振频率/带宽。无源匹配网络的网络架构可以采用传统的L-型无源匹配网络，T-型无源匹配网络或π-型无源匹配网络。第一无源匹配网络90、第二无源匹配网络91……第n无源匹配网络9n与第一有源可切换匹配网络60、第二有源可切换匹配网络61……第n有源可切换匹配网络6n的区别在于无源匹配网络是无源的且本身状态没法随工作频率/频段做切换。

切换开关70是单刀多掷开关，切换开关70的公共输入端与射频前端的输入输出端口20相连；切换开关70的多路输出端分别与第一天线开关80、第二天线开关81和第三天线开关82相连(如图4所示)；或者，切换开关70的多路输出端分别与第一无源匹配网络90、第二无源匹配网络91……第n无源匹配网络9n相连。具体地，切换开关70也为单刀m掷开关(m的大小取决于期望利用的不同馈电通路的数量，考虑电路复杂度及成本，m取2或3即够用)，切换开关70的公共输入端与射频前端的输入输出端口20连接，其m路输出端分别与不同馈路、或不同馈路上的第一无源匹配网络90、第二无源匹配网络91……第n无源匹配网络9n相连。在软件控制下，对应不同的工作频率/频段，来切换选择第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n作为当前频率/频段下的天线真正的馈电端30，从而决定采用哪种天线辐射体状态。

如图8所示，该可重构天线的工作原理可概括描述如下：

比如在工作频率范围f1，通过软件控制切换开关70与第一天线开关80导通，以切换到第一无源匹配网络90所在的馈路，使得第一馈电馈地切换端50为馈电端30；此时该可重构天线的工作原理与图5相似。在整个f1频率范围内保持固定状态，第二天线开关81……第n天线开关8n分别与第二有源可切换匹配网络61……第n有源可切换匹配网络6n导通；在软件控制下，基于频率范围f1进一步细分为子频率范围f11、f12、f13……f1(m-1)，依次切换到不同状态，分别与“Z₂₂，Z₂₃，..Z_2(m-1)”及“Z_n2，Z_n3，..Z_n(m-1)”中的某个电感/电容连通。在工作频率范围f1下，第一馈电馈地切换端50作为在此工作频率范围f1内的可重构天线的馈电端30，对应天线辐射体10的一个状态，标识为天线辐射体状态S_L1；相应地，第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n分别作为可重构天线的馈地端；此时，使第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n分别与对应的第二有源可切换匹配网络61……第n有源可切换匹配网络6n连通，在软件控制下，使其天线工作频率可以在工作频率范围f1灵活偏移，并做到频率范围f1内的全频段覆盖。

比如在工作频率范围f2，通过软件控制切换开关70与第二天线开关81导通，以切换到第二无源匹配网络91所在的馈路，使得第二馈电馈地切换端51为馈电端30；此时该可重构天线的工作原理与图6相似。在整个f2频率范围内保持固定状态，第一天线开关80……第n天线开关8n分别与第一有源可切换匹配网络60……第n有源可切换匹配网络6n导通；在软件控制下，基于频率范围f2进一步细分为子频率范围f21、f22、f23……f2(m-1)，依次切换到不同状态，分别与“Z₁₂，Z₁₃，..Z_1(m-1)”及“Z_n2，Z_n3，..Z_n(m-1)”中的某个电感/电容连通。在工作频率范围f2下，第二馈电馈地切换端51作为在此工作频率范围f2内的可重构天线的馈电端30，对应天线辐射体10的第二个状态，标识为天线辐射体状态S_L2；相应地，第一馈电馈地切换端50……第n馈电馈地切换端5n分别作为可重构天线的馈地端；此时，使第一馈电馈地切换端50……第n馈电馈地切换端5n分别与对应的第一有源可切换匹配网络60……第n有源可切换匹配网络6n连通，在软件控制下，使其天线工作频率可以在工作频率范围f2灵活偏移，并做到频率范围f2内的全频段覆盖。

比如在工作频率范围fn，通过软件控制切换开关70与第n天线开关8n的通路，以切换到第n无源匹配网络9n所在的馈路，使得第n馈电馈地切换端5n为馈电端30；此时，该可重构天线的工作原理与图7相似。在整个fn频率范围内保持固定状态，其第一天线开关80及第二天线开关81分别与第一有源可切换匹配网络60和第二有源可切换匹配网络61导通；在软件控制下，基于频率范围fn进一步细分为子频率范围fn1、fn2、fn3……fn(m-1)内，依次切换到不同状态，分别与“Z₁₂，Z₁₃，..Z_1(m-1)”及“Z₂₂，Z₂₃，..Z_2(m-1)”中的某个电感/电容连通。在工作频率范围fn下，第n馈电馈地切换端5n作为在此工作频率范围f3内的可重构天线的馈电端30，对应天线辐射体10的第n个状态，标识为天线辐射体状态S_Ln；相应地，第一馈电馈地切换端50和第二馈电馈地切换端51分作为天线的馈地端；此时，使第一馈电馈地切换端50和第二馈电馈地切换端51与对应的第一有源可切换匹配网络60和第二有源可切换匹配网络61连通，在软件控制下，使其天线工作频率可以在工作频率范围fn灵活偏移，并做到频率范围fn内的全频段覆盖。

综上，在软件控制下，天线谐振频率可以在整个f1/f2+……+fn频率范围内灵活偏移，从而最终实现整个工作频段内的全频段覆盖。本实施例所提供的可重构天线，通过在天线辐射体10中引入多个馈电端30位置并灵活切换的n个馈电馈地切换端的方案，可使天线匹配状态随工作频率/频段灵活切换，且可实现天线辐射体10随工作频率/频段灵活切换。

本实施例所提供的可重构天线，通过引入第一有源可切换匹配网络60和第二有源可切换匹配网络61……第n有源可切换匹配网络6n，使天线匹配状态随工作频率/频段灵活切换，尽可能改善天线带宽；并引入天线多个不同馈电端30位置灵活切换的方案，使天线辐射体状态随工作频率/频段也灵活切换，从而最大限度地消除对特定辐射体物理形状(即天线pattern调试)的依赖。本实施例所提供的可重构天线，可从天线匹配状态和天线辐射体状态两个调试维度调节，使其随工作频率/频段灵活切换，使天线的谐振频率随工作频率/频段切换/偏移更加灵活，轻松，范围也更加宽广，从而在同等天线环境条件下，与现有有源天线技术相比，实现更加超宽带的频段覆盖范围，天线阻抗匹配及天线效率更加理想。

本实施例还提供一种移动终端，该移动终端上设有可重构天线。该可重构天线可最大限度地消除对辐射体物理形状(即天线pattern)的依赖，对实现天线辐射体10简洁化甚至标准化提供可能实现的途径，也为产品开发过程中天线辐射体10真正做到一板定型提供了可能，特别是为全金属外壳手机/平板产品的天线性能及带宽实现提供了很好的切入口。对相对随意的天线辐射体形状，如采用一段简洁的细长的导体(可以是铁片、FPC，导线等)作为金属外壳的移动终端上的天线辐射体10，在此情况下，采选取适当位置的第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n作为实际馈电端30，以对应多个不同的天线辐射体状态，在多个主要频率范围内，实现所期望的天线初始谐振频率及可最优匹配的阻抗区间，并且其效果优于或等效为通过调整天线辐射体10的特定辐射体物理形状(即天线pattern)，在多个主要频率范围内，实现所期望的天线初始谐振频率及可最优匹配的阻抗区间。同时，正是可重构天线可最大限度地消除对辐射体物理形状(即天线pattern)，在全金属外壳的手机/平板产品等移动终端上的天线性能及带宽实现更具优势，其原因在于金属外壳手动修改调试的巨大难度及通过模具改动打样需花费巨大时间及费用成本，以分段的金属外壳直接作为天线辐射体时，只能是一板定型，无法实现对辐射体物理形状(即天线pattern)的调试。

以下结合图9-图12对本实施例所提供的可重构天线做进一步描述。该可重构天线的基本尺寸及布局信息如下：

天线主地板11，即Printed Wiring Board Grounding，长为130mm，宽为76mm，厚为1mm)。天线净空，即天线与天线主地板11之间的空间，其长为9mm，宽为76mm，厚为1mm，此天线净空内填充有相对介电常数为4.4、损耗角正切为0.02的介质基板。天线辐射体10，与天线主地板11共面放置，其横向长度为56mm，线宽为2mm。从天线辐射体10的三个不同位置(如左起0mm，20mm，40mm位置)分别引出第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n，其纵向长度及线宽都分别为7mm及1mm，同时使第一馈电馈地切换端50、第二馈电馈地切换端51……第n馈电馈地切换端5n分别与天线主地板11上的第一天线开关80、第二天线开关81……第n天线开关8n相连。

图9中，第一天线开关80为单刀四掷开关；第一天线开关80的输入端s₁为公共输入端，与第一馈电馈地切换端50相连；第一天线开关80的四路输出端分别为a₁，a₂，a₃，a₄。其中，输出端a₁与第一无源匹配网络90相连；输出端a₂，a₃，a₄分别后接第一有源可切换匹配网络60中的并联设置的电感L₁(40nH)、L₂(20nH)、L₃(10nH)。本实施例中，第一无源匹配网络90为L-型无源匹配网络，该L-型无源匹配网络包括第一电感L₁₂和第二电感L₁₃；第一电感L₁₂两端分别与第一天线开关80和切换开关70相连；第二电感L₁₃的一端连接在第一电感L₁₂与切换开关70之间，另一端接地。

图9中，第二天线开关81为单刀四掷开关；第二天线开关81的输入端s₂为公共输入端，与第二馈电馈地切换端51相连；第二天线开关81的四路输出端分别为b₁，b₂，b₃，b₄。其中，输入端s₂与第二无源匹配网络91相连；输出端b₂，b₃，b₄分别后接第二有源可切换匹配网络61中的并联设置的电感L₄(500nH)、L₅(75nH)和L₆(35nH)。本实施例中，第二无源匹配网络91为L-型无源匹配网络，该L-型无源匹配网络包括第三电感和电容；所述电容两端分别与第二天线开关81和切换开关70相连；第四电感L₁₄(8nH)一端连接在电容与第二天线开关81之间，另一端接地。

图9中，第n天线开关8n为单刀四掷开关；第n天线开关8n的输入端s_n为公共输入端，与第n馈电馈地切换端5n相连；第n天线开关8n的输出端分别为c₁，c₂，c₃，c₄。其中，第n天线开关8n的输出端c₁，c₂，c₃，c₄分别后接第n有源可切换匹配网络6n中并联设置的电感L₇(150nH)，L₈(35nH)，L₉(25nH)，L₁₀(15nH)。

图9中，切换开关70为单刀双掷开关；切换开关70的输入端s₄与射频前端的输入输出端口20(即馈源)相连，其输出端d₁和d₂分别与第一无源匹配网络90和第二无源匹配网络91连接。

该可重构天线的工作过程进一步描述如下：

在频率范围f1(600～1300MHz)内，对应天线辐射体状态S_L1，单刀双掷的切换开关70的输入端s₄始终打向输出端d₁；单刀四掷的第一天线开关80的输入端s₁始终打向输出端a₁；单刀四掷的第二天线开关81的输入端s₂始终不打向输出端b₁，从而确保可重构天线的馈电端30始终固定在第一馈电馈地切换端50所在位置。在此状态下，天线辐射体等效长度是各种状态中最长的，所以对低频段是最优的天线辐射体状态。在此频率区间内，再进一步划分出六个子频率区间f11，f12，f13，f14，f15和f16；在每个子频率区间上进一步控制第二天线开关81及第三天线开关82的切换状态组合，从而改变或切换此天线辐射体状态下的馈地加载匹配的状态，使天线谐振频率在子频率区间之间偏移，从而覆盖整个频率范围f1(600～1300MHz)，其仿真的RL(即Return Loss，反射驻波比)结果如图10所示：

当第二天线开关81的输入端s2打向输出端b2，且第n天线开关8n的输入端s_n打向输出端c1，其有效频段集中在700-804MHz；

当第二天线开关81的输入端s2打向输出端b3，且第n天线开关8n的输入端s_n打向输出端c1，其有效频段集中在804-908MHz；

当第二天线开关81的输入端s2打向输出端b4，且第n天线开关8n的输入端s_n打向输出端c1，其有效频段集中在908-976MHz；

当第二天线开关81的输入端s2打向输出端b2，且第n天线开关8n的输入端s_n打向输出端c2，其有效频段集中在976-1056MHz；

当第二天线开关81的输入端s2打向输出端b3，且第n天线开关8n的输入端s_n打向输出端c2，其有效频段集中在1056-1136MHz；

当第二天线开关81的输入端s2打向输出端b4，且第n天线开关8n的输入端s_n打向输出端c2，其有效频段集中在1136-1216MHz。

在频率范围f2(1300～3500MHz)内，对应天线辐射体状态S_L2，单刀双掷的切换开关70的输入端s₄始终打向输出端d₂；单刀四掷的第二天线开关81的输入端s₂始终打向输出端b₁；单刀四掷的第一天线开关80的输入端s₁始终不打向输出a₁，从而确保可重构天线的馈电端30始终固定在第二馈电馈地切换端51所在位置。在此状态下，天线辐射体等效长度，对高频段是最优的天线辐射体状态。在此频率区间内，再进一步划分出四个子频率区间f21，f22，f23和f24；在每个子频率区间上进一步控制第一天线开关80及第n天线开关8n的切换状态组合，从而改变或切换此天线辐射体状态下的馈地加载匹配的状态，使天线谐振频率在子频率区间之间偏移，从而覆盖整个频率范围f2(1300～3500MHz)，其仿真的RL(即Return Loss，反射驻波比)结果如图11：

当第一天线开关80的输入端s₁打向输出端a2，第n天线开关8n的输入端s_n打向c3，其有效频段集中在1216-1336MHz；

当第一天线开关80的输入端s₁打向输出端a2，第n天线开关8n的输入端s_n打向c4，其有效频段集中在1366-2500MHz；

当第一天线开关80的输入端s₁打向输出端a3，第n天线开关8n的输入端s_n打向c4，其有效频段集中在2500-3864MHz；

当第一天线开关80的输入端s₁打向输出端a4，第n天线开关8n的输入端s_n打向c4，其有效频段集中在3864-3500MHz。

在频率范围f1(600～1300MHz)和频率范围f2(1300～3500MHz)进行仿真调试的结果分别对应图10和图11所示，对图10和图11的处理结果进行合并，可以看到起天线带宽可以实现600～3500MHz的一个超宽带覆盖，如图12。

本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (10)

1.一种可重构天线，其特征在于，包括位于射频前端的输入输出端口、与所述输入输出端口相连的切换开关、天线辐射体、设置在所述天线辐射体上的至少三个馈电馈地切换端、与每一所述馈电馈地切换端相连的天线开关、以及与每一所述天线开关相连的有源可切换匹配网络；所述切换开关与至少三个所述天线开关相连；

所述切换开关用于切换至少三个所述天线开关与所述输入输出端口相连；每一所述天线开关用于切换与其相连的所述切换开关或所述有源可切换匹配网络与所述馈电馈地切换端相连；所述馈电馈地切换端与所述射频前端的输入输出端口相连通时为馈电端，不与所述射频前端的输入输出端口相连通时为馈地端。

2.根据权利要求1所述可重构天线，其特征在于，所述切换开关是单刀多掷开关，所述切换开关的公共输入端与所述输入输出端口相连；所述切换开关的多路输出端分别与至少三个所述天线开关相连。

3.根据权利要求1所述可重构天线，其特征在于，所述天线开关是单刀多掷开关，所述天线开关的公共输入端与所述馈电馈地切换端相连；所述天线开关的一路输出端与所述切换开关相连，其余输出端与所述有源可切换匹配网络相连。

4.根据权利要求3所述可重构天线，其特征在于，所述有源可切换匹配网络包括多个并联的电感或电容，每一所述电感或电容与所述天线开关的其余输出端中的某一输出端相连。

5.根据权利要求1所述可重构天线，其特征在于，至少三个所述馈电馈地切换端间隔设置在所述天线辐射体上。

6.根据权利要求1-5任一项所述可重构天线，其特征在于，还包括连接在每一所述切换开关与所述天线开关之间的无源匹配网络。

7.根据权利要求6所述可重构天线，其特征在于，所述无源匹配网络包括L-型无源匹配网络，T-型无源匹配网络或π-型无源匹配网络。

8.根据权利要求7所述可重构天线，其特征在于，所述L-型无源匹配网络包括第一电感和第二电感；所述第一电感两端分别与切换开关和一天线开关相连；所述第二电感一端连接在所述第一电感与所述切换开关之间，另一端接地。

9.根据权利要求7所述可重构天线，其特征在于，所述L-型无源匹配网络包括第三电感和电容；所述电容两端分别与切换开关和一天线开关相连；所述第三电感一端连接在所述电容与所述天线开关之间，另一端接地。

10.一种移动终端，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述可重构天线。