CN108780941B

CN108780941B - 一种支持多进多出技术的通信设备

Info

Publication number: CN108780941B
Application number: CN201780004645.4A
Authority: CN
Inventors: 魏鲲鹏; 王家明; 李守亮; 杨小丽; 周大为; 唐奇; 于亚芳; 侯猛; 刘惠翔
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2037-02-20
Also published as: WO2018148973A1; CN108780941A

Abstract

本发明实施例提供了一种支持多进多出技术的通信设备，该通信设备包括主天线和MIMO天线，该主天线的一端和该MIMO天线的一端间设置有第一缝隙；该主天线与第一馈源在第一点连接，该主天线至少用于传输第一工作频段的信号；该主天线与该MIMO天线间设置有隔离电路，该隔离电路用于降低该主天线和该MIMO天线间的耦合；该MIMO天线和第二可选馈电电路在第二点连接，该第二可选馈电电路可选择性地在馈电状态和非馈电状态之间切换，该第二可选馈电电路包括第二馈源，该MIMO天线用于传输该第一工作频段的信号；当该第二可选馈电电路为馈电状态，该MIMO天线和该主天线同时用于传输该第一工作频段的信号；当该第二可选馈电电路为非馈电状态，该MIMO天线作为该主天线的寄生结构。

Description

一种支持多进多出技术的通信设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种支持多进多出技术的通信设备。

背景技术

在移动通信中，通常包括三个重要的组件，通信设备，基站和无线网络。以打电话为例，当用户使用通信设备说话时，发送方的通信设备将语音转化为无线电波。在该通信设备附近的基站接收所述无线电波后将该无线电波通过无线网络传递到接收方附近的基站，然后最终传递到接收方的通信设备，并以语音的方式传递给接收方的用户。在这个过程中，通信设备中的天线的功能是发送和接收该通信设备和基站之间传送的无线电波。

其中，无线电波是一种电磁波，不同的电磁波波长不同，例如，传统移动设备通常收发的电磁波频率在800MHz到2100MHz之间。而波长越长，频率越低，例如，900MHz对应的波长大约为330毫米，而2000MHz对应的波长约为150毫米。即，波长和频率成反比。有专门的国际组织将频率资源划分为不同的频段，一个频段包括一个特定的频率范围，并由该频率范围的中间值命名这个频段，例如，824MHz到894MHz的频率范围被命名为850MHz频段。在每个频段中又细分有发送子频段和接收子频段。

天线的尺寸和天线收发的电磁波波长有着密切的关系，本领域技术人员通常将天线的长度设置为收发电磁波波长的一半或者四分之一，以850MHz频段的电磁波为例，理想的最小天线长度为9厘米。而波长越长，需要的天线长度也越大。

随着无线通信技术的不断发展和移动宽带业务的需求增长，据预测到2020年，各大运营商的业务将为目前业务量的100倍。基于此，需要进一步提高通信设备可支持的通信速率，以适应未来用户业务需求。多天线技术作为提高通信设备可支持的通信速率的关键手段，目前还面临着许多问题和挑战。

发明内容

本发明实施例提供一种支持多进多出技术的通信设备，旨在解决这种设备中多天线布局的问题。

一方面，本发明实施例提供一种支持多进多出MIMO技术的通信设备，所述通信设备包括主天线和MIMO天线，所述主天线的一端和所述MIMO天线的一端间设置有第一缝隙；所述主天线与第一馈源在第一点连接，所述主天线至少用于传输第一工作频段的信号；所述主天线与所述MIMO天线间设置有隔离电路，所述隔离电路用于降低所述主天线和所述MIMO天线间的耦合；所述MIMO天线和第二可选馈电电路在第二点连接，所述第二可选馈电电路可选择性地在馈电状态和非馈电状态之间切换，所述第二可选馈电电路包括第二馈源，所述MIMO天线用于传输所述第一工作频段的信号；当所述第二可选馈电电路为馈电状态，所述MIMO天线和所述主天线同时用于传输所述第一工作频段的信号；当所述第二可选馈电电路为非馈电状态，所述MIMO天线作为所述主天线的寄生结构。

通过这种方式实现了MIMO场景和非MIMO场景下天线的共用，并且在非MIMO场景下，将MIMO天线复用为主天线的一部分，从而提高主天线的性能。

在一个可能的实现方式中，上述通信设备还可以包括：相对设置的右边框和左边框，以及相对设置的上边框和下边框，所述右边框包括第一接地边框，所述左边框包括第二接地边框，所述第一缝隙位于所述上边框，所述主天线的另一端位于所述右边框，所述主天线的另一端和所述第一接地边框间设置有第二缝隙，所述MIMO天线的另一端位于所述左边框，所述MIMO天线的另一端和所述第二接地边框间设置有第三缝隙。

通过上述方式，天线和通信终端的边框设计巧妙地结合，更符合用户的喜好。

在一个可能的实现方式中，上述通信设备还可以包括：所述主天线包括第一部分和第二部分，所述第一部分的一端为所述主天线的一端，所述第一部分的另一端和所述第二部分的一端间设置有第四缝隙，所述第二部分的另一端为所述主天线的另一端。其中，所述第二部分作为所述第一部分的补充谐振结构。

通过上述方式，可以在主天线和MIMO天线支持的频段不足时，进一步增加天线的谐振频率。

在一个可能的实现方式中，所述第四缝隙位于所述上边框。

其中，所述隔离电路包括：所述隔离电路包括所述主天线的一端接地，或，所述隔离电路包括所述天线的一端接地，或，所述隔离电路包括：所述主天线的一端串联电感后接地，所述电感值小于2nH，所述主天线的一端串联电容后接地，所述电容值大于2pF，或，所述隔离电路包括：所述MIMO天线的一端串联电感后接地。

在一个可能的实现方式中，所述第一工作频段的信号包括中频信号和高频信号，所述中频信号的频率包括1700MHz-2200MHz，所述高频信号的频率包括2300MHz-2700MHz，所述主天线还可以用于传输低频信号，所述低频信号的频率包括700MHz-960MHz。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种支持多进多出技术的通信设备外部结构示意图；

图2为本发明实施例提供的通信设备内部组成示意图；

图3为本发明实施例提供的应用场景示意图；

图4为本发明实施例提供的通信设备局部示意图；

图5为本发明实施例提供的通信设备结构示意图；

图6为本发明实施例提供的通信设备局部示意图；

图7为本发明实施例提供的多种隔离电路示意图；

图8为本发明实施例提供的MIMO天线可选馈电电路示意图；

图9为本发明实施例提供的通信设备结构示意图；

图10为本发明实施例提供的多种补充谐振结构示意图；

图11为本发明实施例提供的通信设备局部示意图；

图12为根据图11的实施例提供的传输参数仿真结果示意图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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描述。

请参考图1，为本发明实施例提供的一种支持多进多出技术的通信设备外部结构示意图。本发明实施例涉及的通信设备包括手机、平板电脑、膝上型电脑、路由器、家庭网关、机顶盒、车载设备等。全文中作为术语出现的“通信设备”，可以用终端产品、电子设备、通信产品、手持终端、便携终端等术语替换。

示例性地，该通信设备100具有类似立方体的形状，包括前壳120，侧边框130和背盖(图中未示出)。该侧边框130可以分为上边框、下边框、左边框、右边框，这些边框相互连接，在连接处可以形成一定的弧度或倒角。

按键、卡托盖、扬声器开口、USB孔、耳机孔、麦克口等可以设置在侧边框上，在图1中，示意性的给出了设置在下边框上的USB孔150。

屏幕、按键区、扬声器开口等可以设置在前壳120的表面，在图1中，示意性的给出了在前壳表面靠近上边框的位置设置的扬声器开口140。

请参考图2，为本发明实施例提供的通信设备100内部组成示意图。所述通信设备100包括应用处理器201，基带处理器202，射频通信电路203和天线204。所述应用处理器201，基带处理器202，射频通信电路203和天线204间通过电路连接。

其中，所述应用处理器201整体上控制所述通信设备100，包括控制显示单元的显示，控制输入单元的输入，控制音视频处理模块的使用，控制基带处理器传入的信号等。

其中，基带处理器202对从应用处理器输入的信号进行调制，传输到射频通信电路203后通过天线204向自由空间辐射，或者将天线204接收到的信号通过射频通信电路203后，解调后传输给应用处理器201。

其中，所述射频通信电路203可用于支持多个射频通信频带中的无线通信。所述射频通信频带包括长期演进(Long TermEvolution,LTE)频带，例如，704MHz-716MHz,1700MHz-1755MHz,1850MHz-1900MHz、全球移动通信系统(Global System for MobileCommunications,GSM)频带，例如，824MHz-849MHz、宽带码分多址(Wideband CodeDivision Multiple Access,WCDMA)频带，例如，1920MHz-1980MHz等。

所述射频通信电路203可包括信号生成电路、调制或解调电路、功率放大电路、滤波电路、双工电路、巴伦电路、匹配电路等。所述射频通信电路203可以是由电容器、电感器、开关等元件构成的电路，这些元件可以通过串联、并联等方式连接。所述射频通信电路203包括具有处理能力的处理器，或者该射频通信电路203与具有这样处理能力的处理器连接，处理器可以调用预设的代码，执行预设的算法。射频通信电路203根据处理器预设的算法来控制电路中的开关通断、电容值或电感值的大小等。

所述天线204设置在通信设备100内，或者该天线204也可以部分或全部由该通信设备100侧边框130的一部分形成。本领域技术人员可以理解，图中示出的通信设备只做实现方式的举例，并不构成对通信设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

图3示出了本发明实施例提供的一种可能的应用场景。在该应用场景中，由于通信技术逐步演进的客观情况，或者是各地区选用通信标准的不同考虑，在有些地区，先采用了支持MIMO技术的通信标准，在该通信标准下，基站和通信终端都需要支持多天线技术。而在另一些地区，依然采用不支持MIMO技术的通信标准，在该通信标准下，基站和通信终端不需要支持多天线技术。因此，就造成了各地区不同的通信需求。而对一台需要在多个地区工作的通信终端而言，同时支持MIMO技术和非MIMO技术就变得十分重要。

另外，运营商要求的MIMO频段少于支持全网通的通信设备所需要支持的频段，所以，在通信设备中，除了设计MIMO天线，还需要设置主天线、或分集天线等，以满足通信设备支持全网通的需要。这对天线工程师而言，是一个巨大的挑战。

图4示出了本发明实施例提供的通信设备示意图，所述通信设备100包括主天线401和MIMO天线402，所述主天线401的一端E1和所述MIMO天线的一端E2间设置有第一缝隙；

所述主天线401与第一馈源S1在第一点P1连接，所述主天线401至少用于传输第一工作频段的信号；

所述主天线401与所述MIMO天线402间设置有隔离电路B，所述隔离电路B用于降低所述主天线401和所述MIMO天线402间的耦合；

所述MIMO天线402和第二可选馈电电路403在第二点P2连接，所述第二可选馈电电路403可选择性地在馈电状态和非馈电状态之间切换，所述第二可选馈电电路包括第二馈源S2，所述MIMO天线402也用于传输所述第一工作频段的信号；

当所述第二可选馈电电路403为馈电状态，所述MIMO天线402和所述主天线401同时支持所述第一工作频段；

当所述第二可选馈电电路403为非馈电状态，所述MIMO天线402作为所述主天线401的寄生结构。

采用本发明实施例提供的通信终端，既可以支持MIMO技术中多天线工作的需要，又可以在非多天线模式下，将MIMO天线复用为主天线的一部分，从而提高主天线的性能。

结合图4和图5，可选的，所述通信终端100包括相对设置的右边框501和左边框502，以及相对设置的上边框503和下边框504，所述右边框501包括第一接地边框505，所述左边框502包括第二接地边框506，所述第一缝隙位于所述上边框503，所述主天线401的另一端E3位于所述右边框501，所述主天线401的另一端E3和所述第一接地边框505间设置有第二缝隙507，所述MIMO天线402的另一端E4位于所述左边框502，所述MIMO天线402的另一端E4和所述第二接地边框506间设置有第三缝隙508。

可选的，所述右边框501和所述上边框503通过直角连接，或者所述右边框501和所述上边框503通过圆倒角连接；所述左边框502和所述上边框503通过直角连接，或者所述左边框502和所述上边框503通过圆倒角连接。

为了增加所述主天线401的谐振频率，结合图4～图6，所述主天线401与第一可调电路601在所述第一点E1和所述主天线另一端E3间的位置连接，所述第一可调电路601用于改变所述主天线401的工作频率。可选的，所述第一可调电路601包括第一开关。第一可调电路还可以包括可调电容、可调电感或其组合。

在本发明实施例中，所述主天线401和所述MIMO天线402间设置的隔离电路B可以采用不同的方案。参考图7，可选的，所述隔离电路B包括所述主天线401的一端E1接地(图7中的(a)部分)；所述MIMO天线402的一端E2接地(图7中的(a)部分)；所述主天线401的一端E1串联电感后接地(图7中的(b)部分)，所述电感值小于2nH；所述MIMO天线402的一端E2串联电感后接地(图7中的(b)部分)，所述电感值小于2nH；所述主天线401的一端E1串联电容后接地(图7中的(c)部分)，所述电容值大于2pF；或者，所述隔离电路B包括上述各种电路的组合，以形成LC滤波电路等((图7中的(d)部分或(e)部分)。可选的，上述电容均可以采用可调电容来替换，上述电感均可以采用可调电感来替换。另外，在所述隔离电路B中还可以包括开关等。

采用上述方式的隔离电路，主天线与MIMO天线的隔离度可以达到10dB以上。

参考图8，本发明实施例给出了第二可选馈电电路403如何在馈电状态和非馈电状态间切换的一种方法。其中，所述第二可选馈电电路403还包括开关801，所述开关801和第二馈源S2并联，当开关801断开时，所述第二可选馈电电路403为馈电状态；当开关801闭合时，所述第二可选馈电电路403为非馈电状态。可选的，所述第二可选馈电电路403还包括由电感和/或电容组成的电路。所述电路与第二馈源S2串联或并联，用于起到阻抗匹配，调整频率的作用。

为了进一步增加主天线的谐振频率，参考图9，所述主天线401包括第一部分901和第二部分902，所述第一部分901的一端为所述主天线401的一端E1，所述第一部分901的另一端E5和所述第二部分902的一端E6间设置有第四缝隙903，所述第二部分902的另一端为所述主天线的另一端E3。其中，所述第二部分902作为所述第一部分901的补充谐振结构。

结合图5，图9和图10，可选的，所述第四缝隙903位于所述上边框503。

可选的，参考图10中的(a)部分，所述第二部分902在所述第二部分902的另一端向所述通信设备内部弯曲，延伸后形成弯折结构，与所述通信设备内的接地面GND连接。

参考图10中的(b)部分，所述第二部分902在所述第二部分902的另一端连接电感L1后与所述通信设备内的接地面GND连接。参考图10中的(c)部分，所述第二部分902在所述第二部分902的一端E6通过接地走线与所述通信设备内的接地面GND连接，所述接地走线包括弹片。参考图10中的(d)部分，所述第二部分902在所述第二部分902的一端E6通过电感L2与所述通信设备内的接地面GND连接，所述电感包括电感值固定或可调的电感。

采用本发明实施例提供的通信终端，主天线由于增加了隔离结构的原因，使得隔离结构附件的辐射体无法形成有效的谐振，所以通过增加补充谐振结构，弥补这部分谐振。在有限的通信终端空间内，例如，通信终端上边框的长度小于9cm，净空小于7mm的情况下，本发明实施例的主天线可以支持低频(700MHz-960MHz)，中频(1700MHz-2200MHz)和高频(2300MHz-2700MHz)的频段，MIMO天线支持中频(1700MHz-2200MHz)和高频(2300MHz-2700MHz)的频段。下面以一个具体的例子来说明本发明实施例中天线工作的原理。参见图11，在本发明实施例中，在所述主天线401的一端E1串联电感后接地，所述第一馈源S1的匹配电路包括如图所示的电路组合；在所述第一馈源S1和所述主天线的附近还设置有金属器件，例如USB接口等，所述主天线的第一部分和第二部分间设置有缝隙，所述第二部分的末端形成弯折结构后，在通信设备的内部接地。所述MIMO天线的一端E2直接接地，所述第二馈源S1的匹配电路包括如图所示的电路组合，所述第二可选馈电电路403采用图8中的结构。图12为采用图11所提供的天线的传输参数仿真示意图，其中，在主天线401(即：图12中的ant1)和MIMO天线402(即图中的ant2)共同支持的频段，即1500MHz–3200MHz的范围内，主天线401和MIMO天线402之间的隔离度基本都在10dB以上，完全满足了运营商对MIMO传输的要求。需要说明的是，在本发明各实施例中，如果没有特别说明，“大于”应理解为包括“大于等于”；“小于”应理解为包括“小于等于”；“以上”、“以下”均应理解为包括本数。

需要说明的是，在本发明各实施例中，如果没有特别说明，数字区间应理解为包含首数和尾数，例如，700MHz-960MHz是指包括700MHz和960MHz以及它们区间内的所有频率、800MHz到2100MHz是指包括800MHz和2100MHz以及它们区间内的所有频率。

需要说明的是，在本发明各实施例中，“地”可以用“天线接地部”“天线地”、“地平面”等词替代，它们均用于表示基本相同的含义。其中，所述天线接地部和射频收发电路的地线相连接，并且，天线接地部具有比天线工作波长更大的尺寸。可选的，所述天线接地部可以主要布置在在所述通信设备的印刷电路板表面，在所述印刷电路板上海设置有弹脚、螺钉、弹片、导电布、导电泡棉或者导电胶等电连接器件，用于建立射频电路和所述天线间的连接，或者用于建立所述天线接地部和所述天线间的连接。另外，在天线和天线接地部可以之间填充空气、塑料、陶瓷或其他电介质材料。

需要说明的是，本发明各实施例提到A和B“连接”，是指通过A的电信号与通过B的电信号发生物理上的确定关联，这包括A与B通过导线、弹片等直接连接，或者通过另一个部件C间接相连，也包括A与B之间通过电磁感应使经过各自的电信号发生关联。

需要说明的是，本发明实施例中提到的频率可以理解为谐振频率。对于本领域普通技术人员而言，谐振频率7-13％范围内的频率可以理解为天线的工作带宽。例如，天线的谐振频率为1800MHz，工作带宽为谐振频率的10％，则天线的工作范围为1620MHz-1980MHz。

需要说明的是，上述实施例中提到的电容和电感可以为集总电容和集总电感，也可以为电容器和电感器，或者为分布电容和分布电感。本发明实施例对此并不限制。

需要说明的是，当本发明各实施例提及“第一”、“第二”、“第三”等序数词时，除非根据上下文其确实表达顺序之意，应当理解为仅仅是起区分之用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种支持多进多出MIMO技术的通信设备，其特征在于，所述通信设备包括主天线和MIMO天线，所述主天线的一端和所述MIMO天线的一端间设置有第一缝隙；

所述主天线与第一馈源在第一点连接，所述主天线至少用于传输第一工作频段的信号；

所述主天线与所述MIMO天线间设置有隔离电路，所述隔离电路用于降低所述主天线和所述MIMO天线间的耦合，其中

所述隔离电路包括：所述主天线的一端接地并且所述MIMO天线的一端接地，或

所述隔离电路包括：所述主天线的一端串联电感后接地，所述电感值小于2nH，所述主天线的一端串联电容后接地，所述电容值大于2pF；

所述MIMO天线和第二可选馈电电路在第二点连接，所述第二可选馈电电路可选择性地在馈电状态和非馈电状态之间切换，所述第二可选馈电电路包括第二馈源，所述MIMO天线用于传输所述第一工作频段的信号；

当所述第二可选馈电电路为馈电状态，所述MIMO天线和所述主天线同时用于传输所述第一工作频段的信号；

当所述第二可选馈电电路为非馈电状态，所述MIMO天线作为所述主天线的寄生结构。

2.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于，所述通信设备包括相对设置的右边框和左边框，以及相对设置的上边框和下边框，所述右边框包括第一接地边框，所述左边框包括第二接地边框，所述第一缝隙位于所述上边框，所述主天线的另一端位于所述右边框，所述主天线的另一端和所述第一接地边框间设置有第二缝隙，所述MIMO天线的另一端位于所述左边框，所述MIMO天线的另一端和所述第二接地边框间设置有第三缝隙。

3.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于，所述主天线包括第一部分和第二部分，所述第一部分的一端为所述主天线的一端，所述第一部分的另一端和所述第二部分的一端间设置有第四缝隙，所述第二部分的另一端为所述主天线的另一端，其中，所述第二部分作为所述第一部分的补充谐振结构。

4.根据权利要求2所述的通信设备，其特征在于，所述主天线包括第一部分和第二部分，所述第一部分的一端为所述主天线的一端，所述第一部分的另一端和所述第二部分的一端间设置有第四缝隙，所述第四缝隙位于所述上边框。

5.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于，所述第一工作频段的信号包括中频信号和高频信号，所述中频信号的频率包括1700MHz-2200MHz，所述高频信号的频率包括2300MHz-2700MHz，所述主天线还可以用于传输低频信号，所述低频信号的频率包括700MHz-960MHz。