CN108550978A - 一种天线系统和移动终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天线系统和移动终端，所述天线系统包括：无线收发机、具有多个输出端口的功率分配器和至少两路天线，其中：所述至少两路天线分别与所述功率分配器的不同输出端口电连接；所述无线收发机与所述功率分配器的输入端电连接；所述功率分配器，用于对所述至少两路天线接收到的功率进行合成，或将所述无线收发机发射的功率分配给所述至少两路天线。本发明公开的天线系统和移动终端，可以通过功率分配器在同一时刻的功率合成或功率分配功能，将所述至少两路天线覆盖的频段进行合并，取得同一时刻可覆盖多个频段的效果，达到拓展带宽的目的。

Description

一种天线系统和移动终端
技术领域
本发明涉及终端领域，尤其涉及一种天线系统和移动终端。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展和移动终端的普及，对天线带宽的要求日益增高，特别是在长期演进系统(Long Term Evolution，LTE)和载波聚合(Carrier Aggregation，CA)技术中。并且，由于手机等移动终端中集成的功能越来越多，使得天线不得不小型化。因此，如何在日益压缩的天线空间内拓展天线带宽成为一个亟待解决的问题。
目前，拓展天线带宽的方式为：利用开关或者可调电容调节天线的阻抗(Impedance)或者孔径(Aperture)，使得天线的谐振频率得以重构，从而实现拓展天线带宽的目的。也就是在不同的时刻，通过移动终端的系统切换开关或者可调电容等电调谐器件调节天线的谐振频率，使得天线覆盖不同的频段。
但是，现有的这种方式很难同时覆盖运营商所提供的多个频段，特别是对多通道的载波聚合带来很大的挑战。
发明内容
本发明实施例提供一种天线系统和移动终端，以解决现有的拓展天线带宽的方式拓展效果不理想，不能同时覆盖多个频段的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
第一方面，提供了一种天线系统，包括：无线收发机、具有多个输出端口的功率分配器和至少两路天线，其中：
所述至少两路天线分别与所述功率分配器的不同输出端口电连接；
所述无线收发机与所述功率分配器的输入端电连接；
所述功率分配器，用于对所述至少两路天线接收到的功率进行合成，或将所述无线收发机发射的功率分配给所述至少两路天线。
第二方面，提供了一种移动终端，该移动终端包括：如第一方面所述的天线系统。
在本发明实施例中，天线系统不仅包括无线收发机和至少两路天线，还包括具有多个输出端口的功率分配器，并且所述至少两路天线分别与所述功率分配器的不同输出端口电连接；所述无线收发机与所述功率分配器的输入端电连接；所述功率分配器，用于对所述至少两路天线接收到的功率进行合成，或将所述无线收发机发射的功率分配给所述至少两路天线。因此，可以通过功率分配器在同一时刻的功率合成或功率分配功能，将所述至少两路天线覆盖的频段进行合并，取得同一时刻可覆盖多个频段的效果，实现了拓展天线带宽的目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的天线系统的一种结构示意图。
图2为图1所示的天线系统在测试过程中的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的第一路天线的S11(或者回波损耗Return loss)图。
图4为本发明实施例提供的第二路天线的S11(或者回波损耗Return loss)图。
图5为经本发明实施例提供的天线系统，对第一路天线和第二路天线覆盖的频段合成后的S11(或者回波损耗Return loss)图。
图6为本发明实施例提供的天线系统的另一种结构示意图。
图7为图6所示的天线系统在测试过程中的结构示意图。
图8为本发明一个实施例提供的第三路天线的S11(或者回波损耗Return loss)图。
图9为经本发明实施例提供的天线系统，对第一路天线、第二路天线和第三路天线覆盖的频段合成后的S11(或者回波损耗Return loss)图。
图10为本发明实施例提供的天线系统的又一种结构示意图。
图11为本发明实施例提供的双工器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决现有的拓展天线带宽的方式拓展效果不理想，不能同时覆盖多个频段的问题，例如，对于Band1+3+5 3CA，要求天线同时覆盖B1、B3和B5三个频段的频带范围，但是现有的方式很难做到。本发明提供一种天线系统和移动终端，所述移动终端包括但不限于手机、IPAD、平板电脑、可穿戴设备等收发无线通信信号的终端设备。
为便于描述，下文以手机为例，对本发明实施例提供的天线系统和移动终端进行介绍。
本发明实施例提供的一种天线系统可包括：无线收发机、具有多个输出端口的功率分配器和至少两路天线，其中：所述至少两路天线分别与所述功率分配器的不同输出端口电连接；所述无线收发机与所述功率分配器的输入端电连接；所述功率分配器，用于对所述至少两路天线接收到的功率进行合成，或将所述无线收发机发射的功率分配给所述至少两路天线。
其中，无线收发机，是移动终端中安装的用于发射和接收无线信号的装置。
功率分配器(Power divider)，简称功分器，是一种将一路输入信号能量(功率)分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，或者，反过来将多路信号能量合成一路输出的器件，此时可也称为合路器。在实际应用中，功率分配器的各输出端口之间需要保证一定的隔离度。
按输出端口的数量，功率分配器常被分为一分二(一个输入端口和两个输出端口)、一分三(一个输入端口和两个输出端口)等。
在利用功率分配器分配功率的过程中，各输出端口输出的功率的大小可根据输入功率的大小和各输出端口的功率分配比例确定，不同端口所分配的功率可以相同也可以不同。例如对于一分二的功率分配器，假设输入功率为P，两个输出端口的功率分配比例均为1/2，那么两个输出端口输出的功率可以分别为P/2。
具体的，在下行链路中，同一时刻，所述功率分配器可对所述至少两路天线接收到的不同频段的功率进行合成，使得所述天线系统在所述同一时刻覆盖多个频段，其中所述多个频段包括：所述至少两路天线覆盖的频段。
具体的，在上行链路中，同一时刻，所述功率分配器可将所述无线收发机发射的功率分配至所述至少两路天线，使得所述至少两路天线按各自覆盖的频段中的频率发射所分配的功率，从而使得所述天线系统在所述同一时刻覆盖多个频段，其中所述多个频段包括：所述至少两路天线覆盖的频段。
由于功率分配器存在插入损耗、反射损耗，因此，在实际应用中，上述多个频段所构成的带宽，可能比所述至少两路天线覆盖的频段叠加而成的带宽稍窄。
可选的，所述至少两路天线覆盖的频段互不相同。此外，由于天线覆盖的频段与该天线的谐振频率有关，因此，也可以说所述至少两路天线的谐振频率互不相同。可以理解，由于所述至少两路天线覆盖的频段互不相同，因此，将所述至少两路天线覆盖的频段经所述功率分配器合成后，或者将无线收发机发射的通过所述功率分配器分配给所述至少两路天线，可以得到同一时刻覆盖多个频段的天线系统。
由于在该天线系统中，所述至少两路天线分别与所述功率分配器的不同输出端口电连接；所述无线收发机与所述功率分配器的输入端电连接；所述功率分配器，用于对所述至少两路天线接收到的功率进行合成，或将所述无线收发机发射的功率分配给所述至少两路天线。因此，不同于现有技术中，在不同时刻利用开关或可调电容调节天线的阻抗或孔径重构天线的谐振频率，以拓展天线带宽的方式，本发明实施例提供的天线系统，可以通过功率分配器在同一时刻的功率合成或功率分配功能，将所述至少两路天线覆盖的频段进行合并，取得同一时刻可覆盖多个频段的效果，实现了拓展天线带宽的目的。
此外，由于该天线系统不需要开关和可调电容等电调谐器件，不需要占据通用输入/输出接口(General Purpose Input Output，GPIO接口)或移动产业处理器接口((Mobile Industry Processor Interface，MIPI接口)，因此，可以节省移动终端的安装空间，以及降低制造移动终端的成本。
下面结合附图对本发明实施例提供的天线系统进行详细说明。
具体请参考图1，图1示出了本发明实施例提供的天线系统的一种结构示意图。如图1所示，该天线系统可包括：无线收发机1、具有多个输出端口的功率分配器2、第一路天线31和第二路天线32；其中功率分配器2具体包括：第一输出端口21和第二输出端口22以及输入端24。
在本实施例中，具体可以采用一分二的功率分配器。
并且，在该天线系统中，第一路天线31和第二路天线32分别与功率分配器2的第一输出端口21和第二输出端口22对应电连接；无线收发机1与功率分配器2的输入端24电连接；其中，功率分配器2，用于对第一路天线31和第二路天线32接收到的不同频段的功率进行合成，或将无线收发机1发射的功率分配给第一路天线31和第二路天线32，并使第一路天线31和第二路天线32按各自覆盖的频段发射功率。
此外，在该天线系统中，第一路天线31和第二路天线32的谐振频率分别为f1、f2，并且f1与f2相近但不相等。
对于天线而言，常通过S参数表示其性能，S参数也被称为天线的散射参数。具体的，S参数中的S11表示输入自反射系数，也称输入回波损耗，通常情况下，S11越小，说明天线的性能越好。
图2显示出了图1所示的天线系统在测试过程中的结构示意图。如图2所示，在测试过程中，第一路天线31和第二路天线32，分别与功率分配器2的第一输出端口21和第二输出端口22对应电连接；射频测试座6与功率分配器2的输入端24电连接。
图3显示出了第一路天线31的S11(或者回波损耗Return loss)图，在图3中f1为第一路天线31的谐振频率，[f1L，f1H]为第一路天线31的-6dB带宽。
图4显示出了第二路天线32的S11(或者回波损耗Return loss)图，在图4中f2为第二路天线32的谐振频率，[f2L，f2H]为第二路天线32的-6dB带宽。
对比图3和图4可知，f1与f2相近但不相等，且f1＜f2。
在下行链路中，同一时刻，功率分配器2可对第一路天线31和第二路天线32接收到的不同频段的功率进行合成，得到同时覆盖第一路天线31和第二路天线32覆盖的频段的天线系统。在上行链路中，同一时刻，功率分配器2可将无线收发机1发射的功率分配至第一路天线31和第二路天线32，使得第一路天线31和第二路天线32按各自覆盖的频段中的频率发射所分配的功率，从而使该天线系统覆盖第一路天线31和第二路天线32覆盖的频段。
图5显示出了经本发明图1所示的实施例提供的天线系统中的功率分配器2，对第一路天线31和第二路天线32覆盖的频段合成后的S11(或者回波损耗Return loss)图。如图5所示，具体的，合成后的天线系统的-6dB带宽可以表示为[fL，fH]，一般而言，[fL，fH]＝[f1L，f1H]+[f2L，f2H]，也即合成后的天线系统的-6dB带宽为第一路天线31的带宽与第二路天线32的带宽的叠加，或者说，合成后的天线系统在同一时刻覆盖了[f1L，f1H]和[f2L，f2H]两个频段，从而拓宽了该天线系统的带宽。
需要说明的是，如前文所述，由于功率分配器2存在插入损耗和反射损耗，因此，在实际应用中，[fL，fH]可能比[f1L，f1H]+[f2L，f2H]稍窄。
由于在图1所示该天线系统中，第一路天线31和第二路天线32分别与功率分配器2的不同输出端口电连接，无线收发机1与功率分配器2的输入端电连接；并且，功率分配器2，可以用于对第一路天线31和第二路天线32接收到的不同频段的功率进行合成，或将无线收发机发射的功率分配给第一路天线31和第二路天线32，使得第一路天线31和第二路天线32可以分别按照各自覆盖的频段中的频率发射所分配的功率。因此，不同于现有技术中，在不同时刻利用开关或可调电容调节天线的阻抗或孔径重构天线的谐振频率，以拓展天线带宽的方式，本发明实施例提供的天线系统，可以取得将第一路天线31和第二路天线32覆盖的频段进行合并，使得所述天线系统可同时覆盖至少两个频段，拓宽所述天线系统的同一时刻的带宽的效果。
此外，由于该天线系统不需要开关和可调电容等电调谐器件，不需要占据GPIO接口或MIPI接口，因此，可以节省移动终端的安装空间，以及降低制造移动终端的成本。
请继续参考图6，图6示出了本发明实施例提供的天线系统的另一种结构示意图，如图6所示，该天线系统可包括：无线收发机1、具有多个输出端口的功率分配器2、第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33；其中功率分配器2具体包括：第一输出端口21、第二输出端口22、第三输出端口23和输入端24。
在本实施例中，具体可以采用一分三的功率分配器。
并且，在该天线系统中，第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33，分别与功率分配器2的第一输出端口21、第二输出端口22、第三输出端口23对应电连接；无线收发机1与功率分配器2的输入端24电连接；功率分配器2，用于对第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33接收到的功率进行合成，或将无线收发机1发射的功率分配给第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33。
此外，在该天线系统中，第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33的谐振频率分别为f1、f2、f3，并且f1、f2、f3互不相等。
图7显示出了图6所示的天线系统在测试过程中的结构示意图。如图7所示，在测试过程中，第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33，分别与功率分配器2的第一输出端口21、第二输出端口22和第三输出端口23对应电连接；射频测试座6与功率分配器2的输入端24电连接。
为了方便说明，在图6所示的实施例中，假设第一路天线31的S11(或者回波损耗Return loss)曲线仍如图3所示，假设第二路天线32的S11(或者回波损耗Return loss)曲线仍如图4所示。第三路天线33的S11(或者回波损耗Return loss)如图8所示，在图8中f3为第三路天线33的谐振频率，[f3L，f3H]为第三路天线33的-6dB带宽。
对比图3、图4和图8可知，f1、f2以及f3相近但不相等，且f1＜f2＜f3。当然，f1、f2以及f3也可以不满足“f1＜f2＜f3”这一条件，仅满足f1、f2以及f3不相等也是可行的。
在本发明实施例中，下行链路中，同一时刻，功率分配器2可对第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33接收到的不同频段的功率进行合成，得到同时覆盖第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33覆盖的频段的天线系统。上行链路中，同一时刻，功率分配器2可将无线收发机1发射的功率分配至第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33，使得第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33按各自覆盖的频段中的频率发射所分配的功率，从而使该天线系统覆盖第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33所覆盖的频段。
图9显示出了经本发明图6所示的实施例提供的天线系统中的功率分配器2，对第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33覆盖的频段合成后的S11(或者回波损耗Returnloss)图。如图9所示，具体的，合成后的天线系统的-6dB带宽可以表示为[fL，fH]，一般而言，[fL，fH]＝[f1L，f1H]+[f2L，f2H]+[f3L，f3H]，也即合成后的天线系统的-6dB带宽为第一路天线31的带宽、第二路天线32的带宽以及第三路天线33的带宽的叠加，或者说，合成后的天线系统在同一时刻覆盖了[f1L，f1H]、[f2L，f2H]和[f3L，f3H]三个频段，从而拓宽了该天线系统的带宽。
同样需要说明的是，如前文所述，由于功率分配器2存在插入损耗和反射损耗，因此，在实际应用中，[fL，fH]可能比[f1L，f1H]+[f2L，f2H]+[f3L，f3H]稍窄。
可以理解，在图6所示的实施例中，假如第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33分别对应覆盖Band1+3+5 3CA系统中的B1、B3和B5三个通道的频带范围，就可以实现同一时刻满足多通道CA的带宽要求的目的。也即，可选的，本发明实施例提供的天线系统可以包括：具有三个输出端口的功率分配器和三路天线，以及所述三路天线分别为能够覆盖B1、B3和B5的天线，实现了再同一时刻覆盖B1、B3和B5三个通道的频带范围的目的。
由于在图6所示该天线系统中，第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33分别与功率分配器2的不同输出端口电连接，无线收发机1与功率分配器2的输入端电连接；并且，功率分配器2，可以用于对第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33接收到的不同频段的功率进行合成，或将无线收发机发射的功率分配给第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33，使得第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33可以分别按照各自覆盖的频段中的频率发射所分配的功率。因此，不同于现有技术中，在不同时刻利用开关或可调电容调节天线的阻抗或孔径重构天线的谐振频率，以拓展天线带宽的方式，本发明实施例提供的天线系统，可以取得将第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33覆盖的频段进行合并，使得所述天线系统可同时覆盖至少三个频段，拓宽所述天线系统的同一时刻的带宽的效果，可以满足多通道CA的带宽要求。
此外，由于该天线系统不需要开关和可调电容等电调谐器件，不需要占据GPIO接口或MIPI接口，因此，可以节省移动终端的安装空间，以及降低制造移动终端的成本。
还需要说明的是，在本说明书中，虽然仅通过图1和图6分别说明了将两路天线覆盖的频段和将三路天线覆盖的频段进行合成叠加的方案，但基于本发明的发明构思，本领域技术人员可以扩展至三路以上天线合成叠加的场景，进而获得可以同时覆盖更多频段的天线系统，使得天线系统的带宽更宽，本发明实施例此处不再赘述。
此外，由于对于特定的功率分配器，需要在其可承受的工作频率范围内工作，否则，会对功率分配器造成损害。因此，可选的，所述天线系统所覆盖的频率范围在所述功率分配器的工作频率范围内。
参考图10，图10示出了本发明实施例提供的天线系统的又一种结构示意图。如图10所示，该天线系统除了包括：无线收发机1、具有多个输出端口的功率分配器2、第一路天线31、第二路天线32和第三路天线33外，还包括：双工器4，并且，无线收发机1通过双工器4与功率分配器2的输入端24电连接。
双工器，是异频双工电台，其作用是将发射和接收信号相隔离，保证接收和发射都能同时正常工作。
进而不难理解，通过双工器4实现无线收发机1和功率分配器2的连接后，可以保证将无线收发机1发射和接收的信号进行隔离，保证无线收发机1的接收和发射能同时正常工作。
更为具体的如图11所示，双工器4可以包括两组不同频率的滤波器，并且两个滤波器的一端各对应一个输出端口：第二端口42和第三端口43，两个滤波器的另一端并联形成第一端口41。
相应的，在图10所示的天线系统中，双工器4的第一端口41与功率分配器2的输入端24电连接；双工器4的第二端口42与无线收发机1的发射端11电连接，双工器4的第三端口43与无线收发机1的接收端12电连接。具体如图11所示，第二端口42和第三端口43为双工器4中能够实现信号隔离的两个端口，且第二端口42和第三端口43均与第一端口41电连接。
此外，继续参考图10可知，本发明实施例提供的天线系统还可以包括：功率放大器5；所述无线收发机1的发射端11通过所述功率放大器5与所述第二端口42电连接。
功率放大器5可以对无线收发机1发射出的功率进行放大，以提高该天线系统的发射效率。
同样的，由于对于特定的双工器，需要在其可承受的工作频率范围内工作，否则，会对双工器造成损害。因此，可选的，所述天线系统所覆盖的频率范围可在所述双工器的工作频率范围内。
在本发明实施例提供的上述天线系统的基础上，本发明实施例还提供了一种移动终端，该移动终端可以包括：本发明任一实施例提供的天线系统。
由于本发明实施例提供的移动终端包括本发明实施例提供的天线系统，而本发明实施例提供的天线系统能够同时覆盖多个频段，因此本发明实施例提供的移动终端也可以同时覆盖多个频段，带宽较宽，可以满足多通道CA的带宽要求。
本发明实施例提供的天线系统和移动终端，可以应用于无线城际网路(WirelessMetropolitan Area Networks，WMAN)、无线广域网路(Wireless Wide Area Network，WWAN)、无线区域网路(Wireless Local Area Networks，WLAN)、无线个人网路(WirelessPersonal Area Network，WPAN)、多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)、射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)，甚至是近场通信(Near FieldCommunication，NFC)或无线充电(Wireless Power Consortium，WPC)等领域中。
本发明实施例提供的天线系统和移动终端，还可以应用于比吸收率(SpecificAbsorption Ratio，SAR)与助听兼容性(Hearing AidCompatibility，HAC)等对人体安全、健康，与佩戴的电子设备(如助听器或心率调整器等)相容性的测试和实际应用领域中。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种天线系统，其特征在于，包括：无线收发机、具有多个输出端口的功率分配器和至少两路天线，其中：
所述至少两路天线分别与所述功率分配器的不同输出端口电连接；
所述无线收发机与所述功率分配器的输入端电连接；
所述功率分配器，用于对所述至少两路天线接收到的功率进行合成，或将所述无线收发机发射的功率分配给所述至少两路天线。
2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，
所述至少两路天线覆盖的频段互不相同。
3.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，
还包括：双工器；
所述无线收发机通过所述双工器与所述功率分配器的输入端电连接。
4.根据权利要求3所述的天线系统，其特征在于，
所述双工器的第一端口与所述功率分配器的输入端电连接；
所述双工器的第二端口与所述无线收发机的发射端电连接，所述双工器的第三端口与所述无线收发机的接收端电连接；
其中，所述第二端口和所述第三端口为所述双工器中能够实现信号隔离的两个端口，且所述第二端口和所述第三端口均与所述第一端口电连接。
5.根据权利要求4所述的天线系统，其特征在于，
还包括：功率放大器；
所述无线收发机的发射端通过所述功率放大器与所述第二端口电连接。
6.根据权利要求3-5任一项所述的天线系统，其特征在于，
所述天线系统所覆盖的频率范围在所述功率分配器的工作频率范围内；
和/或，
所述天线系统所覆盖的频率范围在所述双工器的工作频率范围内。
7.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，包括：具有三个输出端口的功率分配器和三路天线，以及
所述三路天线分别为能够覆盖B1、B3和B5的天线。
8.一种移动终端，其特征在于，包括：如权利要求1至7任一项所述的天线系统。
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