CN109428177A - 一种分集天线装置和终端 - Google Patents

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唐珂
李二洁
高艳旭
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Abstract

本发明提供一种分集天线装置和终端，所述装置包括：处理器、收发器和天线本体，所述处理器连接至收发器；所述还包括开关模组；所述天线本体通过开关模组和射频传输线连接至收发器；所述天线本体包括N个天线振子，N为大于2的整数；所述开关模组包括2个输入端和N个输出端，2个输入端分别连接至收发器；N个输出端分别连接至N个天线振子；所述开关模组选择性地使得N个输出端中的两个输出端处于连通状态，两个输出端之外的其它输出端处于断开状态。通过本发明的方案，可以通过更少的天线振子获取到更多的分集参数，能够在满足分集参数的前提下，将天线体积缩小，能够减少对终端的体积的限制，有利于大量应用到产品上。

Description

一种分集天线装置和终端
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤指一种分集天线装置和终端。
背景技术
随着无线技术的蓬勃发展，无线网络的应用领域正在不断地增长，使得无线终端设备的应用成为室内重要的高速无线数据接入手段之一，应用潜力巨大。MIMO(Mutiple-input and Mutiple-output)技术和分集技术的应用也使得无线链接速率越来越高，然而，MIMO技术和分集技术对天线之间的隔离度要求以及天线数量的增加必将增加终端设备的尺寸，这与终端设备小型化的发展趋势相反。
参照图1，图1是现有技术中一种常见的偶极子天线，天线本体由两个天线振子组成，通过射频传输线给天线振子馈入信号。偶极子天线是一种经典的天线。对于中心点馈电的偶极子天线，其结构可看作是一段开路导体张开而成。根据微波传输线的知识，终端开路的平行导体，其上电流呈驻波分布，当两导体完全张开时，张开的两导体上电流方向相同，辐射明显增强。
参照图2，图2是现有技术的一种分集天线的示意图。收发器通过开关(图中的第一开关)连接到第一天线本体和第二天线本体，两个天线本体可以采用空间分集、角度分集、极化分集等形式，收发器通过开关切换选择两个天线本体中的一个，实现分集效果。
参照图3，图3是现有技术的一种MIMO分集天线的示意图。第一收发器连接到第一天线本体，第二收发器连接到第二天线本体，两个天线本体可以采用空间分集、角度分集、极化分集等形式，收发器通过增益合并、选择合并、切换合并等方式实现分集效果。
从现有的分集天线及装置看，一个天线本体提供一组可供选择的分集参数，装置所得到的分集效果直接依赖于天线本体的数量。而且，为了达到各个天线本体之间的分集参数的非相关性，必须增大天线本体之间的距离，通常，天线本体之间的间距要达到3λ以上，为了达到更高的性能，需要的终端设备的尺寸必将增大。
因此，迫切的需要一种新颖的分集天线装置，以适应终端尺寸小并且性能优良的要求，应用到无线终端产品中。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种分集天线装置和终端，能够解决现有技术中为了达到分集效果需要增大天线本体之间的距离所造成的限制终端尺寸的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种分集天线装置，所述分集天线装置包括：处理器、收发器和天线本体，所述处理器连接至收发器；所述分集天线装置还包括开关模组；
所述天线本体通过开关模组和射频传输线连接至收发器；
所述天线本体包括N个天线振子，N为大于2的整数；
所述开关模组包括2个输入端和N个输出端，2个输入端分别连接至收发器；N个输出端分别连接至N个天线振子；
所述开关模组选择性地使得N个输出端中的两个输出端处于连通状态，两个输出端之外的其它输出端处于断开状态。
优选地，选择所述N个天线振子中的不同的两个天线振子所组成的天线本体的天线辐射特性各不相同。
优选地，所述处理器包括选择单元，用于选择N个天线振子中的两个天线振子处于连通状态作为一组天线振子的组合，选择N个天线振子中的另两个天线振子处于连通状态作为另一组天线振子的组合，直至遍历所有的天线振子的两两组合；
分别计算各个天线振子的组合对应的切换参数；将切换参数最优的一个组合作为天线振子的工作组合；并通过所述天线振子的工作组合进行数据传输。
优选地，所述切换参数包括BER(Bit Error Rate)、FER(Frame Error Rate)、RSSI(Received Signal Strength Indication)中的至少一个。
优选地，所述N个天线振子包括第一个公共振子和N-1个分支振子；在通过所述开关模组选择两个天线振子处于工作状态时，选择所述公共振子和一个分支振子。
优选地，所述天线本体包括第一天线振子、第二天线振子、第三天线振子、和第四天线振子、所述分集天线装置还包括基板；
第一天线振子设置在基板的第一层上；所述第一天线振子为公共振子；
第二天线振子、第三天线振子、和第四天线振子为分支振子，均设置在基板的第二层上；
第二天线振子、第三天线振子、和第四天线振子以一端同心等夹角设置，两两间隔120度；
第二天线振子、第三天线振子、和第四天线振子的形状为反Γ状的印刷线；
第一天线振子由三个Γ状的印刷线连接，且三个Γ状的印刷线成等分分布。
优选地，所述天线本体包括第一天线振子、第二天线振子、第三天线振子、第四天线振子、第五天线振子、第六天线振子、第七天线振子、第八天线振子、第九天线振子；
第一天线振子设置在基板的TOP层上；所述第一天线振子为公共振子；
第二天线振子至第九天线振子设置为等八边形分布。
优选地，所述天线本体的数目为一个或多个；所述收发器的数目为一个或多个；天线本体与收发器一一对应连接。
优选地，处理器或收发器控制开关模组的选择性连通或断开。
优选地，所述天线振子的材料为金属导体、金属线缆、PCB微带线中的至少一种。
为了解决上述技术问题，本发明还提出了一种终端，所述终端包括上述任一分集天线装置。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括：分集天线装置包括：处理器、收发器和天线本体，所述处理器连接至收发器；其特征在于，所述分集天线装置还包括开关；所述天线本体通过开关和射频传输线连接至收发器；所述天线本体包括N个天线振子，N为大于2的整数；所述开关包括2个输入端和N个输出端，2个输入端分别连接至收发器；N个输出端分别连接至N个天线振子；所述开关选择性地使得N个输出端中的两个输出端处于连通状态，两个输出端之外的其它输出端处于断开状态。通过本发明的方案，可以通过更少的天线振子获取到更多的分集参数，也就是说，获取相同的分集参数需要的天线振子更少，从而在满足分集参数的前提下，将天线体积缩小，能够减少对终端的体积的限制，有利于大量应用到WLAN产品上。
附图说明
下面对本发明实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本发明的进一步理解，与说明书一起用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限制。
图1为现有技术中的偶极子天线的示意图；
图2为现有技术中一种分集天线的示意图；
图3为现有技术中一种MIMO分集天线的示意图；
图4为本发明实施例提供一种分集天线装置的示意图；
图5为本发明实施例提供另一种分集天线装置的示意图；
图6为本发明实施例提供的选择最优的天线本体的组合的流程图；
图7为本发明实施例提供一种天线本体的示意图；
图8为本发明实施例提供一种天线本体的仿真辐射方向图；
图9A和图9B为本发明实施例提供另一种天线本体的示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述，并不能用来限制本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的各种方式可以相互组合。
参见图4，本发明实施例提出了一种分集天线装置，所述分集天线装置包括：天线本体和开关模组、处理器和收发器；处理器连接至收发器；
所述天线本体包括N个天线振子，N为大于2的整数；
所述开关模组包括2个输入端和N个输出端，2个输入端分别连接至收发器；N个输出端分别连接至N个天线振子；
所述天线本体通过开关模组和射频传输线连接至收发器，优选地，射频传输线为同轴电缆；
所述开关模组选择性地使得N个输出端中的两个输出端处于连通状态，两个输出端之外的其它输出端处于断开状态。其中，可以通过处理器或收发器控制开关模组的选择性连通或断开。
在天线振子与开关模组之间处于连接状态时，天线振子能够传输信号；在天线振子与开关模组之间处于断开状态时，天线振子不能传输信号。
开关模组的控制端连接至处理器，处理器能够将开关模组与N个天线振子之间的连接关系设置为连接状态或者断开状态。
例如，开关模组的N个输出端分别为V1、V2、V3…Vn；处理器控制V1、V2、V3…Vn选择N个天线振子中的两个天线振子组成一个天线本体连接到收发器。
本发明实施例中，通过在天线本体中设置两个以上的天线振子，并通过开关模组选择性地使得多个天线振子中的两个处于连通状态，两个之外的其它天线振子处于断开状态，可以通过更少的天线振子获取到更多的分集参数，具体地：具体以下优势：1、尺寸小，可以节省分集天线装置的总体尺寸；2、不同天线振子的组合可以增加更多的天线分集参数；3、配置灵活，单个天线本体可以提供多组分集参数，更好的抵抗衰落引起的不良影响；4、多组装置可以组成各种MIMO天线组合，分集效果更佳。
下面结合一个具体的示例进行说明。
如图4所示，为本发明实施例提供的一种分集天线装置，该分集天线装置包括处理器、收发器、开关模组、和天线本体，天线本体包括N个天线振子；N为大于2的整数；
所述开关模组包括2个输入端和N个输出端，2个输入端分别连接至收发器；N个输出端分别连接至N个天线振子；所述开关模组选择性地使得N个输出端中的两个输出端处于连通状态，两个输出端之外的其它输出端处于断开状态。在天线振子与开关模组之间处于连接状态时，天线振子能够传输信号；在天线振子与开关模组之间处于断开状态时，天线振子不能传输信号；开关模组的控制端连接至处理器，处理器能够将开关模组与N个天线振子之间的连接关系设置为连接状态或者断开状态。
例如，开关模组的N个输出端分别为V1、V2、V3…Vn；处理器控制V1、V2、V3…Vn选择N个天线振子中的两个天线振子组成一个天线本体连接到收发器。
本发明实施例中，选择所述N个天线振子中的不同的两个天线振子所组成的天线本体的组合的天线辐射特性各不相同。
其中，第一天线振子、第二天线振子、第三天线振子…第n天线振子设置为不同的结构或形状或位置或方向，以确保在任何两个天线振子组成的天线本体的组合有不同的天线辐射特性且差异较大，如极化不同，辐射角度不同。为了达到较好的分集效果，可以做成对称、等分等形式。
以上是本发明的一个实施示例，通过增加一个天线振子(尺寸小于λ/2)，可以得到两组天线分集参数，达到原先两个天线本体(间距3λ)的效果。进一步，可以通过增加天线振子的数量达到更多组天线分集参数，效果更佳，节省空间更明显。
通过选取N个天线振子中两个可以组成一个天线本体，对于N个天线振子，最多可以组成N*(N-1)/2个天线本体。
如图5所示，为本发明实施例提供的另一种分集天线装置，该分集天线装置包括处理器、第一收发器、第二收发器、第一开关模组、第二开关模组以及两个天线本体，即两组天线振子，每组天线振子分别包括N个天线振子；N为大于或等于2的整数；
上述开关模组包括2个输入端和N个输出端，2个输入端分别连接至收发器；N个输出端分别连接至N个天线振子；在天线振子与开关模组之间处于连接状态时，天线振子能够传输信号；在天线振子与开关模组之间处于断开状态时，天线振子不能传输信号；
开关模组的控制端连接至处理器，处理器能够将开关模组与N个天线振子之间的连接关系设置为连接状态或者断开状态。
图5的分集天线装置中，将多组图4所示的天线接到多个收发器上，可以组成MIMO分集，通过增加一个天线振子(尺寸小于λ/2)，可以得到22＝4组天线分集参数，达到原先四个天线本体的效果。进一步，可以通过增加天线振子的数量达到更多组天线分集参数，效果更佳，节省空间更明显。
本发明实施例中，分集天线装置的处理器包括还选择单元，用于选择N个天线振子中的两个天线振子处于连通状态作为一组天线振子的组合，选择N个天线振子中的另两个天线振子处于连通状态作为另一组天线振子的组合，直至遍历所有的天线振子的两两组合；
分别计算各个天线振子的组合对应的切换参数；将切换参数最优的一个组合作为天线振子的工作组合；并通过所述天线振子的工作组合进行数据传输。
其中，所述切换参数包括BER(Bit Error Rate)、FER(Frame Error Rate)、RSSI(Received Signal Strength Indication)中的至少一个。
下面结合一个具体的示例进行说明。
参考图6，其为本发明的工作流程图，分集天线装置装置工作的步骤如下：
步骤10，选取最优天线本体；
所述步骤10包括：
控制开关模组的输出端的通断状态来组成一个天线本体，并计算该天线本体对应的参数比较值，所述参数比较值可以是RSSI(或者FER，BER)；
依次控制开关模组的通断状态来组成其他的天线本体，并计算各个天线本体对应的参数比较值；直至遍历所有的天线本体；
比较各个天线本体对应的参数比较值，将参数比较值最优的天线本体确定为最优天线本体。
例如，在一个示例中，步骤10包括：
步骤11，装置开始工作，处理器控制V1，V2，V3…Vn，控制开关模组选择第一天线振子和第二天线振子组成天线本体，天线本体连接到收发器进行信号传输，收发器记录此时的RSSI(或者FER，BER)值为RSSI1。
步骤12，处理器控制V1，V2，V3…Vn，控制开关模组选择第一天线振子和第三天线振子组成天线本体，天线本体连接到收发器进行信号传输，收发器记录此时的RSSI(或者FER，BER)值为RSSI2。
步骤13，处理器控制V1，V2，V3…Vn，控制开关模组选择第n-1天线振子和第n天线振子组成天线本体，天线本体连接到收发器进行信号传输，收发器记录此时的RSSI(或者FER，BER)值为RSSI(n-1)*n/2。
步骤14，收发器比较RSSI1、RSSI2…RSSI(n-1)*n/2，选择数据较好的一组，作为工作组合，并输出相应的控制信号控制开关模组。
步骤20，使用最优工作组合的天线本体进行数据传输。
步骤30，数据传输完成，流程结束。
上述实施例中，以n个天线振子组成n*(n-1)/2个天线本体的组合为例进行说明，此外，n个天线振子也可以组成少于n*(n-1)/2的天线本体的组合，其组合的方式通过处理器设置，这是因为，在n组天线振子中选择两个天线振子，存在一种或者几种可能，选择的两个天线振子组成的天线本体的天线性能，如增益、效率等参数并不理想，选择这组天线本体的效果不佳。为了避免这种情况，可以选择一个天线振子为公共天线振子，设计其余天线振子与公共天线振子组成的天线本体都能达到较好的天线性能，其余天线振子之间组成的天线本体就不在考虑之中。此时，n个天线振子组成n-1中组合，在选择最优的工作组合时，只需要计算n-1种组合进行比较久可以了。下面进行具体说明。
本发明实施例中，所述N个天线振子包括第一个公共振子和N-1个分支振子；在通过所述开关模组选择为两个天线振子处于工作状态时，选择所述公共振子和一个分支振子。
下面结合具体的示例进行说明。
如图7所示，为本发明实施例提供的一种天线本体的示意图。本实施中，包括一PCB基板，在PCB的Bottom层印刷的第一天线振子，第一天线振子为公共天线振子，在PCB的Top层印刷的第二天线振子、第三天线振子、第四天线振子，天线输入馈点，第一开关模组、第二开关模组、第三开关模组以及V1，V2，V3，V4控制引脚。
第一天线振子由三个Γ状的印刷线连接，三个印刷线成等分分布，两两间隔120°。第二天线振子、第三天线振子、第四天线振子为反Γ状的印刷线，且与第一天线振子的三个Γ状的印刷线成对称状。第二天线振子、第三天线振子、第四天线振子分别通过三个开关模组连接到TOP层中心的天线输入馈点，Top层中心的天线输入馈点连接到控制引脚V1，第二天线振子、第三天线振子、第四天线振子分别连接到控制引脚V2、V3、V4。通过控制V1、V2、V3、V4，分别选择第二天线振子或第三天线振子或第四天线振子与第一天线振子组成一组天线本体。
如图8所示为本发明实施示例的仿真辐射方向图，其中，以9点钟方位为例，最外侧为曲线V31，中间为曲线V21，最内侧为曲线V41，其中V21方向图为选择第二天线振子和第一天线振子组成的天线本体的方向图，V31方向图为选择第三天线振子和第一天线振子组成的天线本体的方向图，V41方向图为选择第四天线振子和第一天线振子组成的天线本体的方向图，从仿真数据看，三组方向图的主要辐射角度各有不同，因此，本发明具有较好的分集效果。
如图9A和图9B所示，为本发明实施例提供的另一种天线本体的示意图。本实施示例包括一PCB基板，在PCB的Top层印刷铜皮为第一天线振子，第一天线振子为公共天线振子，在PCB基板上焊接第二天线振子、第三天线振子、第四天线振子、第五天线振子、第六天线振子、第七天线振子、第八天线振子、第九天线振子，第二天线振子至第九天线振子成等八边形分布。在PCB的Bottom层印刷的天线输入馈点经第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关及射频微带线连接至第二天线振子、第三天线振子、第四天线振子、第五天线振子、第六天线振子、第七天线振子、第八天线振子、第九天线振子，可以通过V1，V2，V3，V4，V5，V6，V7，V8，V9控制引脚分别选择第二天线振子或第三天线振子或第四天线振子或第五天线振子或第六天线振子或第七天线振子或第八天线振子或第九天线振子与第一天线振子组成一组天线本体。
本发明实施例中，天线振子的材料为金属导体、金属线缆、PCB微带线中的一种或多种。
基于与上述实施例相同或相似的构思，本发明实施例还提供一种终端，该终端包括本发明实施例提供的任一分集天线装置。
需要说明的是，以上所述的实施例仅是为了便于本领域的技术人员理解而已，并不用于限制本发明的保护范围，在不脱离本发明的发明构思的前提下，本领域技术人员对本发明所做出的任何显而易见的替换和改进等均在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种分集天线装置，所述分集天线装置包括：处理器、收发器和天线本体，所述处理器连接至收发器；其特征在于，所述分集天线装置还包括开关模组；
所述天线本体通过开关模组和射频传输线连接至收发器；
所述天线本体包括N个天线振子，N为大于2的整数；
所述开关模组包括2个输入端和N个输出端，2个输入端分别连接至收发器；N个输出端分别连接至N个天线振子；
所述开关模组选择性地使得N个输出端中的两个输出端处于连通状态，两个输出端之外的其它输出端处于断开状态。
2.根据权利要求1所述的分集天线装置，其特征在于，选择所述N个天线振子中的不同的两个天线振子所组成的天线本体的天线辐射特性各不相同。
3.根据权利要求1所述的分集天线装置，其特征在于，所述处理器包括选择单元，用于选择N个天线振子中的两个天线振子处于连通状态作为一组天线振子的组合，选择N个天线振子中的另两个天线振子处于连通状态作为另一组天线振子的组合，直至遍历所有的天线振子的两两组合；
分别计算各个天线振子的组合对应的切换参数；将切换参数最优的一个组合作为天线振子的工作组合；并通过所述天线振子的工作组合进行数据传输。
4.根据权利要求1所述的分集天线装置，其特征在于，所述切换参数包括BER(BitError Rate)、FER(Frame Error Rate)、RSSI(Received Signal Strength Indication)中的至少一个。
5.根据权利要求1～4所述的分集天线装置，其特征在于，所述N个天线振子包括第一个公共振子和N-1个分支振子；在通过所述开关模组选择两个天线振子处于工作状态时，选择所述公共振子和一个分支振子。
6.根据权利要求5所述的分集天线装置，其特征在于，所述天线本体包括第一天线振子、第二天线振子、第三天线振子、和第四天线振子、所述分集天线装置还包括基板；
第一天线振子设置在基板的第一层上；所述第一天线振子为公共振子；
第二天线振子、第三天线振子、和第四天线振子为分支振子，均设置在基板的第二层上；
第二天线振子、第三天线振子、和第四天线振子以一端同心等夹角设置，两两间隔120度；
第二天线振子、第三天线振子、和第四天线振子的形状为反Γ状的印刷线；
第一天线振子由三个Γ状的印刷线连接，且三个Γ状的印刷线成等分分布。
7.根据权利要求5所述的分集天线装置，其特征在于，所述天线本体包括第一天线振子、第二天线振子、第三天线振子、第四天线振子、第五天线振子、第六天线振子、第七天线振子、第八天线振子、第九天线振子；
第一天线振子设置在基板的TOP层上；所述第一天线振子为公共振子；
第二天线振子至第九天线振子设置为等八边形分布。
8.根据权利要求1所述的分集天线装置，其特征在于，所述天线本体的数目为一个或多个；所述收发器的数目为一个或多个；天线本体与收发器一一对应连接。
9.根据权利要求1所述的分集天线装置，其特征在于，处理器或收发器控制开关模组的选择性连通或断开。
10.根据权利要求1所述的分集天线装置，其特征在于，所述天线振子的材料为金属导体、金属线缆、PCB微带线中的至少一种。
11.一种终端，其特征在于，所述终端包括权利要求1～10提供的任一分集天线装置。
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