CN109841949B - 一种天线装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于终端技术领域，公开一种天线装置，包括信号源、第一有源开关、至少一对金属块和相应的匹配器件，其特征在于，所述金属块与相应的匹配器件连接，所述匹配器件通过所述第一有源开关连接所述信号源。本发明采用金属块作为天线体与反射装置，并实现自主切换，实现天线定向增益的加强和天线的多方向性切换。
Description
技术领域
本发明涉及终端技术领域，特别涉及一种天线装置。
背景技术
无线通信产品进入一个高速发展时期，产品终端将面对多样化、多场景、智能化设计需求。现有终端通信产品的内置天线设计，以定向天线或全向天线为主。由于全向天线方向性的发散导致信号强度不足、应对特殊场景(如地下车库、电梯井等单一信号出口)能力不足导致通信产品信号弱。而定向天线的体积较大较难内置，且方向性不会改变，面对多场景兼容设计仍显不足。
发明内容
本发明实施例提供了一种天线装置，解决了移动终端天线在特定方向增益不足的缺点，通过天线结合信号反射装置的设计，实现天线特定方向增益的加强；通过天线单元与反射装置的可重构，实现增益增强的全向覆盖。
为实现上述目的，本发明提供了一种天线装置，包括信号源、第一有源开关、至少一对金属块和相应的匹配器件，其特征在于，所述金属块与相应的匹配器件连接，所述匹配器件通过所述第一有源开关连接所述信号源。
一对金属块由第一金属块和第二金属块组成，其对应的匹配器件为第一匹配器件和第二匹配器件；
所述第一金属块通过所述第一匹配器件连接第二有源开关；
所述第二金属块通过所述第二匹配器件连接第三有源开关；
所述第二有源开关与所述第三有源开关分别通过所述第一有源开关连接所述信号源。
所述匹配器件为可变电容。
所述第一金属块和第二金属块的大小相同，间距相等，对称设置。
所述第一金属块与第二金属块的间距为金属块半波长的整数倍。
所述金属块依次通过第四有源开关和调谐器件接地。
所述调谐器件为电容或电感。
还包括处理器，所述处理器分别与所述第四有源开关和第一有源开关连接，以分别发送控制信号给所述第四有源开关和第一有源开关。
所述匹配器件为电感或电容。
所述金属块的有效电长度小于所述金属块的半波长。
本发明的有益效果是：通过阵列天线结合信号反射装置的设计，实现阵列天线特定方向增益的加强；通过天线单元与反射装置的可重构，实现增益增强的全向覆盖；通过引向/反射装置的切换设计，实现天线全向、定向增强的设计兼容，增加天线功能场景。对引向/反射装置功能的转换设计，实现定向增强设计方向性的可调谐。本发明能够实现金属块作为天线与反射装置的自主切换，实现天线定向增益的加强和天线的多方向性切换。与现有技术相比，本发明的优点和积极成果是：阵列天线和天线额定可重构创新设计，兼顾天线的极化和信号传输方式，实现传输速率的最大化设计。同时，阵列天线其他单元和隔离度单元的可重构设计，在原有天线基础上通过隔离度最大化以减小误码率的方式支持传输速率的最大化。
附图说明
图1是实施例一天线设计示意图；
图2是实施例一全阵列天线状态图；
图3是实施例一上方的增益增强状态图；
图4是实施例一左方向增益增强状态图；
图5是实施例一通过每金属块连接的可变电容进行调谐状态图；
图6是施例二天线设计示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
实施例一：
本实施例包括信号源、第一有源开关、至少一对金属块和相应的匹配器件，其特征在于，所述金属块与相应的匹配器件连接，所述匹配器件通过所述第一有源开关连接所述信号源。
一对金属块由第一金属块和第二金属块组成，其对应的匹配器件为第一匹配器件和第二匹配器件；
所述第一金属块通过所述第一匹配器件连接第二有源开关；
所述第二金属块通过所述第二匹配器件连接第三有源开关；
所述第二有源开关与所述第三有源开关分别通过所述第一有源开关连接所述信号源。
所述匹配器件为可变电容。
所述第一金属块和第二金属块的大小相同，间距相等，对称设置。
所述第一金属块与第二金属块的间距为金属块半波长的整数倍。
所述金属块的有效电长度小于所述金属块的半波长。
图1为阵列天线设计，第一金属块包括：第一金属块101、第一金属块102、第一金属块103、第一金属块104，第二金属块包括：第二金属块111、第二金属块112、第二金属块113、第二金属块114；第一可变电容包括：第一可变电容121、第一可变电容122、第一可变电容123、第一可变电容124，第二可变电容包括：第二可变电容131、第二可变电容132、第二可变电容133、第二可变电容134。其中第一金属块101-104、第二金属块111-114为相同形状的金属块，且具有相同的距离，第一金属块101-104分别通过第一可变电容121-124由第二有源开关141和第一有源开关143连接到信号源144，第二金属块111-114分别通过第二可变电容131-134由第三有源开关142和第一有源开关143连接到信号源144；第二有源开关141控制第一金属块101-104与第一有源开关143的导通或断路，第三有源开关142控制第二金属块111-114与第一有源开关143的导通或断路，第一有源开关143与信号源144导通，并切换与第二有源开关141或第三有源开关142导通。所述144包括信号源、多工器、供方、滤波装置等射频电路器件，此为现有技术，在此不再赘述。
图2为全阵列天线状态，当第一有源开关143的两个端口均处于导通状态，并且第二有源开关141和第三有源开关142的四个端口均处于导通状态，即每金属块与信号源连接，共工作原理呈常规阵列天线形式，具有天线纵向方向的定向增益。其中波瓣201和波瓣202为天线主波瓣剖图，即为该天线辐射方向；波瓣211-214为天线的次级波瓣。
图3为上方的增益增强状态：当第一有源开关143导通第二有源开关141，断路第三有源开关142端口，且第二有源开关141四个端口均为通路的时候，第一金属块101-104与信号源144导通作为天线辐射体，呈阵列天线形式；第二金属块111-114与信号源144断路，为独立金属体状态，作为信号反射装置。其方向性剖图如图3所示，波瓣301为天线顶部方向的主波瓣，即天线增强后的方向，由于反射效果其天线增益较图2中更高；波瓣311和波瓣312为副波瓣，波瓣313为阵列天线被反射后该方向的天线增益，较图2中减弱。由于能量守恒原理，更多能量集中在波瓣301所在方向，因此波瓣313方向的增益变弱。下方增益增强的设置与上方的增益增强方式相反。
图4为左方向增益增强状态，当第一有源开关143均导通第二有源开关141和第三有源开关142，第二有源开关141与第一金属块101、第一金属块102导通，第二有源开关141与第一金属块103、第一金属块104断开，第三有源开关142与第二金属块111、第二金属块112导通，第三有源开关142与第二金属块113、第二金属块114断开，此时，第一金属块101、第一金属块102、第二金属块111、第二金属块112与信号源144馈电作为阵列天线形式，第一金属块103、第一金属块104、第二金属块113、第二金属块114与信号源144断路作为信号反射装置，其方向性剖图如图4所示，波瓣401为天线顶部方向的主波瓣，即天线增强后的方向，由于反射效果其天线增益较图2中更高；波瓣411和波瓣412为副波瓣，波瓣413为阵列天线被反射后该方向的天线增益，较图2中减弱。由于能量守恒原理，更多的能量集中在波瓣401方向，因此波瓣413方向的增益变弱。右方增益的设置与左方的增益增强方式相反。
图5中，通过每金属块连接的可变电容进行调谐，以改变每金属块相同、但与信号源具有不同相位的信号，可实现本技术基础上方向性调谐。
通过如上设计，可以变相实现阵列天线增益增强设计的全向覆盖。
实施例二：
本实施例与实施例一大体相同，所不同的是：本实施例所述金属块依次通过第四有源开关和调谐器件接地。
所述调谐器件为电容或电感。
本实施例还包括处理器，所述处理器分别与所述第四有源开关和第一有源开关连接，以分别发送控制信号给所述第四有源开关和第一有源开关。
所述匹配器件为电感或电容。
如图6所示，第三金属块71和第四金属块72分别作为天线或引向/反向装置，信号源144通过第一有源开关143选择接通第三金属块71或第四金属块72作为天线辐射体，本实施例设置有第四有源开关A和第四有源开关B，第四有源开关A75与金属块71导通，第四有源开关B76与金属块72导通，其中第一有源开关143、第四有源开关A75和第四有源开关B76均通过处理器77识别使用场景，并输出逻辑进行对预设开关的切换。当第一有源开关143将信号源144导通到第三金属块71时，第四有源开关A75接地，此时第三金属体71作为天线辐射体，第四有源开关A75作为该辐射体的接地调谐使第三金属块71构成具有在工作频段谐振的天线；此时第四有源开关B76断路，第四金属块72作为独立金属体，对第三金属块71构成信号反射。第一有源开关143将信号源144导通到第四金属块72时，第四有源开关B76接地，此时第四金属体72作为天线辐射体，第四有源开关B76作为该辐射体的接地调谐使第三金属块71构成具有在工作频段谐振的天线；此时第四有源开关A75断路，第三金属块71作为独立金属体对第四金属块72构成信号反射。从而形成对信号方向性调谐。
同理，第三金属块71或第四金属块72作为独立金属时也可以描述为信号引向装置，其原理与上述相同，但方向性相反。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种天线装置，包括信号源、第一有源开关、至少一对金属块和相应的匹配器件，其特征在于，所述金属块与相应的匹配器件连接，所述匹配器件通过所述第一有源开关连接所述信号源；
一对金属块由第一金属块和第二金属块组成，其对应的匹配器件为第一匹配器件和第二匹配器件:
所述第一金属块通过所述第一匹配器件连接第二有源开关；所述第一金属块包括第一金属块一、第一金属块二、第一金属块三、第一金属块四；
所述第二金属块通过所述第二匹配器件连接第三有源开关；所述第二金属块包括第二金属块一、第二金属块二、第二金属块三、第二金属块四；
所述第二有源开关与所述第三有源开关分别通过所述第一有源开关连接所述信号源；
当第一有源开关的两个端口均处于导通状态，并且第二有源开关和第三有源开关的四个端口均处于导通状态，每金属块与信号源连接，呈常规阵列天线形式，具有天线纵向方向的定向增益；
当第一有源开关导通第二有源开关，断路第三有源开关端口，且第二有源开关四个端口均为通路的时候，四个第一金属块与信号源导通作为天线辐射体，呈阵列天线形式；四个第二金属块与信号源断路，为独立金属体状态，作为信号反射装置，此时天线装置为上方的增益增强状态，下方增益增强的设置与上方的增益增强方式相反；
当第一有源开关均导通第二有源开关和第三有源开关，第二有源开关与第一金属块一、第一金属块二导通，第二有源开关与第一金属块三、第一金属块四断开，第三有源开关与第二金属块一、第二金属块二导通，第三有源开关与第二金属块三、第二金属块四断开，第一金属块一、第一金属块二、第二金属块一、第二金属块二与信号源馈电作为阵列天线形式，第一金属块三、第一金属块四、第二金属块三、第二金属块四与信号源断路作为信号反射装置，此时天线装置为左方的增益增强状态，右方增益的设置与左方的增益增强方式相反；
所述金属块依次通过第四有源开关和调谐器件接地。
2.如权利要求1所述的一种天线装置，其特征在于，所述匹配器件为可变电容。
3.如权利要求2所述的一种天线装置，其特征在于，所述第一金属块和第二金属块的大小相同，间距相等，对称设置。
4.如权利要求2或3所述的一种天线装置，其特征在于，所述第一金属块与第二金属块的间距为金属块半波长的整数倍。
5.如权利要求4所述的一种天线装置，其特征在于，所述调谐器件为电容或电感。
6.如权利要求4所述的一种天线装置，其特征在于，还包括处理器，所述处理器分别与所述第四有源开关和第一有源开关连接，以分别发送控制信号给所述第四有源开关和第一有源开关。
7.如权利要求6所述的一种天线装置，其特征在于，所述匹配器件为电感或电容。
8.如权利要求1所述的一种天线装置，其特征在于，所述金属块的有效电长度小于所述金属块的半波长。
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