CN109873245A - 一种4g天线与5g天线相互切换的天线射频系统 - Google Patents

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吴西彤
俞斌
郭哲庭
罗布·希尔
李刚
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Shubde Wireless Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及天线技术领域,具体公开了一种4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统,包括射频前端模块,与射频前端模块连接的基带模块和天线模块,所述射频前端模块与天线模块之间还设有开关模块,本发明通过在射频前端模块与天线模块之间设置开关模块,可以选择性地实现4G天线与其对应的4G射频前端模组、5G天线与其对应的5G射频前端模组之间的通断,从而实现4G天线与5G天线的共存,充分考虑到手机内部空间的紧凑以及环境的复杂,将4G天线与5G天线巧妙地融合在一起,从而具有高集成度、结构紧凑等优点。

Description

一种4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统
技术领域
本发明涉及天线技术领域,具体公开了一种4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统。
背景技术
5G(5th-Generation,第五代移动通信技术)面向 2020 年以后的人类信息社会,尽管相关的技术还没有完全定型,但是可预见高速率、低时延、海量设备连接、低功耗的5G通信技术在未来社会占有的重要的地位。5G 终端天线作为5G终端设备的核心部件在促进和推动新一代移动通信系统和5G 手机等移动终端的发展将起到积极而又重要的作用。
与 4G 手机的全向辐射天线不同,5G 手机需要对毫米波频段实现波束赋型的天线阵列,但手机上的天线阵列与基站的天线阵列不同,在基站端,由于天线尺寸受限制较少,并且有相对成熟的相控阵天线技术支撑,已经有 5G 基站天线的样机展示。但在移动终端处,由于手机等移动终端的天线空间局限性和金属等环境复杂性,需要将5G的天线与现有的2G、3G、4G、GPS、WiFi等天线兼容将成为不小的挑战。
发明内容
针对上述技术问题,本发明提供了一种实现5G天线与现有的4G天线兼容的4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统。
为了解决上述技术问题,本发明提供的具体方案如下:一种4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统,包括射频前端模块,与射频前端模块连接的基带模块和天线模块,所述射频前端模块与天线模块之间还设有开关模块。
优选的,所述天线模块包括金属边框和设于金属边框上的4G天线和5G天线,实现4G天线与5G天线的共存。
优选的,所述射频前端模块包括与4G天线对应的4G射频前端模组和与5G天线对应的5G射频前端模组,可以选择性地实现4G天线与其对应的4G射频前端模组、5G天线与其对应的5G射频前端模组之间的通断,实现4G天线与5G天线的共存。
优选的,所述4G天线包括LTE分集天线、GPS&WiFi&BT天线,GPS&WiFi&BT天线即工作在GPS、WiFi、BT频段的天线。
优选的,所述4G射频前端模组包括与LTE分集天线所对应的LTE射频前端模组和与GPS&WiFi&BT天线所对应的三合一射频前端模组,可以选择性的实现LTE分集天线与其对应的LTE射频前端模组、GPS&WiFi&BT天线与其对应的三合一射频前端模组之间的通断,提供多种天线工作状态。
优选的,所述开关模块可以包括2个单刀单掷开关,所述单刀单掷开关分别设置于4G天线与4G射频前端模组之间、5G天线与5G射频前端模组,所述2个单刀单掷开关可以同时接通、同时断开,也可一个接通、一个断开;当2个同时接通时,说明4G天线与5G天线同时工作;当2个同时断开时,说明4G天线与5G天线均不工作,当1个接通一个断开时,说明4G天线与5G天线之间有一种天线在工作。
优选的,所述开关模块也可以包括3个单刀单掷开关,所述单刀单掷开关分别设置于LTE分集天线与LTE射频前端模组之间、GPS&WiFi&BT天线与三合一射频前端模组之间、5G天线与其对应的5G射频前端模组之间,所述3个单刀单掷开关可以同时接通、同时断开,也可以部分接通、部分断开。当3个都同时接通时,说明LTE分集天线、GPS&WiFi&BT天线与5G天线同时工作;当3个都同时断开时,说明LTE分集天线、GPS&WiFi&BT天线与5G天线均不工作;当部分开关接通、部分开关断开时,说明LTE分集天线、GPS&WiFi&BT天线与5G天线有的工作、有的不工作;3个单刀单掷开关有8种工作状态,因此LTE分集天线、GPS&WiFi&BT天线与5G天线也有8种工作状态。
优选的,所述5G天线由N个天线单元组成,其中N为大于零的正整数。
优选的,所述天线单元包括馈电探针、绝缘套管、台柱和反射腔,所述台柱连接馈电探针,馈电探针通过绝缘套管与反射腔连接。
优选的,所述反射腔内填充低损耗材料,低损耗材料指的是介电常数大于1,介电损耗小于0.02的材料,如塑料。这里的填充可以部分填充,也可以选择不同的材料进行填充,填充的方式可为纳米注塑,有需要的话还可以选择填充空气,即不填充。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:1、本发明通过在4G天线与其射频前端模组之间、5G天线与其射频前端模组之间设置开关,可以选择性地实现4G天线与其对应的4G射频前端模组、5G天线与其对应的5G射频前端模组之间的通断,从而实现4G天线与5G天线的共存;2、4G天线包括LTE分集天线、GPS&WiFi&BT天线,所述LTE分集天线、GPS&WiFi&BT天线分别有与其对应的LTE射频前端模组和三合一射频前端模组,在开关的切换下,实现了本天线射频系统能够有8种工作状态;3、本发明所述的天线系统,充分考虑到手机内部空间的紧凑以及环境的复杂,将4G天线,即LTE分集天线、GPS&WiFi&BT天线与5G天线巧妙地融合在一起,从而具有高集成度、结构紧凑等优点。
附图说明
图1为本发明实施例一中的天线射频系统示意图;
图2为本发明实施例二中的天线射频系统示意图;
图3为本发明实施例三中的手机正面示意图;
图4为本发明实施例三中的去掉主板的手机背面示意图;
图5为图3中去掉主板的手机正面示意图;
图6为本发明实施例三中的5G天线单元的结构示意图;
图7为本发明实施例三中各个天线放置的位置示意图;
图8为本发明实施例四中的手机正面示意图;
图9为本发明实施例四中的去掉主板的手机背面示意图;
图10为本发明实施例四中的去掉主板的手机正面示意图;
图11为本发明实施例四中各个天线放置的位置示意图;
图12为本发明实施例五中的手机正面示意图;
图13为本发明实施例五中的去掉主板的手机背面示意图;
图14为本发明实施例五中的去掉主板的手机正面示意图;
图15为本发明实施例五中的手机顶部的5G天线结构示意图;
图16为本发明实施例五中的手机正面的5G天线结构示意图;
图17为本发明实施例五中各个天线放置的位置示意图;
图18为本发明实施例六中的手机正面示意图;
图19为本发明实施例六中的去掉主板的手机背面示意图;
图20为本发明实施例六中的去掉主板的手机正面示意图;
图21为本发明实施例六中的手机顶部的5G天线结构示意图;
图22为本发明实施例六中各个天线放置的位置示意图;
其中,1为4G天线;11为LTE分集天线;12为GPS&WiFi&BT三合一2为5G天线;21为馈电探针;22为绝缘套管;23为台柱;24为反射腔;31为顶部金属边框;32为侧边金属边框;41为手机主板;42为馈电信号线;43为手机背盖;44为金属连接件;区域A为LTE分集天线的摆放位置;区域B、B1、B2为GPS&WiFi&BT天线的摆放位置;区域C为5G天线的摆放位置;区域D为LTE主天线的摆放位置。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的阐述。
实施例一:一种4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统,包括射频前端模块,与射频前端模块连接的基带模块和天线模块,所述射频前端模块与天线模块之间还设有开关模块。
其中,天线模块包括金属边框和设于金属边框上的4G天线和5G天线;射频前端模块包括与4G天线对应的4G射频前端模组和与5G天线对应的5G射频前端模组;开关模块包括2个单刀单掷开关,所述单刀单掷开关分别设置于4G天线与4G射频前端模组之间、5G天线与5G射频前端模组。
如图1所示,本实施例中,基带模块有两个信号输出端口,分别输出4G基带信号和5G基带信号,4G基带信号和5G基带信号分别被传送到4G射频前端模组和5G射频前端模组,经过射频前端模块的处理,4G射频前端模组输出4G天线的射频信号,5G射频前端模组输出5G天线的射频信号,4G天线的射频信号和5G天线的射频信号分别经过一个连通到对应的天线上的单刀单掷开关,然后信号传递到对应的天线上,转换为电磁波发射出去,2个单刀单掷开关之间彼此独立工作,因此,这2个开关有4种工作状态,所以,对应的,4G天线和5G天线也有4种工作状态。
实施例二:如图2所示,一种4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统,包括射频前端模块,与射频前端模块连接的基带模块和天线模块,所述射频前端模块与天线模块之间还设有开关模块。
其中,天线模块包括金属边框和设于金属边框上的4G天线和5G天线,4G天线包括LTE分集天线、GPS&WiFi&BT天线;射频前端模块包括与4G天线对应的4G射频前端模组和与5G天线对应的5G射频前端模组,所述4G射频前端模组包括与LTE分集天线所对应的LTE射频前端模组和与GPS&WiFi&BT天线所对应的三合一射频前端模组;开关模块包括3个单刀单掷开关,所述单刀单掷开关分别设置于LTE分集天线与LTE射频前端模组之间、GPS&WiFi&BT天线与三合一射频前端模组之间、5G天线与其对应的5G射频前端模组之间,所述3个单刀单掷开关可以同时接通、同时断开,也可以部分接通、部分断开。当3个都同时接通时,说明LTE分集天线、GPS&WiFi&BT天线与5G天线同时工作;当3个都同时断开时,说明LTE分集天线、GPS&WiFi&BT天线与5G天线均不工作;当部分开关接通、部分开关断开时,说明LTE分集天线、GPS&WiFi&BT天线与5G天线有的工作、有的不工作;3个单刀单掷开关有8种工作状态,因此LTE分集天线、GPS&WiFi&BT天线与5G天线也有8种工作状态。
本实施例中,基带模块有两个信号输出端口,分别输出4G基带信号和5G基带信号,4G基带信号和5G基带信号分别被传送到4G射频前端模组和5G射频前端模组,经过射频前端模块的处理,4G射频前端模组输出LTE分集天线的4G射频信号和GPS&WiFi&BT天线的4G射频信号,5G射频前端模组输出5G天线的射频信号,LTE分集天线的4G射频信号、GPS&WiFi&BT天线的4G射频信号、5G天线的射频信号分别经过一个连通到对应的天线上的单刀单掷开关,然后信号传递到对应的天线上,转换为电磁波发射出去。其中,LTE分集天线所连接的开关、GPS&WiFi&BT天线所连接的开关和5G天线所连接的开关,都是单刀单掷开关,彼此独立工作,因此这三个开关有8种工作状态。所以,对应地,LTE分集天线、GPS&WiFi&BT天线和5G天线,也有8种工作状态。
实施例三:本实施例类似于实施例二,在本实施例中,5G天线由N个天线单元组成,其中N为大于零的正整数,所述天线单元包括馈电探针、绝缘套管、台柱和反射腔,所述台柱连接馈电探针,馈电探针通过绝缘套管与反射腔连接,反射腔内填充低损耗材料,低损耗材料指的是介电常数大于1,介电损耗小于0.02的材料,如塑料。这里的填充可以部分填充,也可以选择不同的材料进行填充,填充的方式可为纳米注塑,有需要的话还可以选择填充空气,即不填充。
如图3~7所示,本实施例中,5G天线的反射腔集成在手机顶部金属边框上,开口朝着手机的背面,即5G天线的辐射方向朝着手机的背面,手机顶部金属边框与手机侧边金属边框之间的开缝位于手机的侧边,此时5G天线单元包括集成在手机顶部金属边框上的反射腔、反射腔内的台柱、馈电探针和绝缘套管,手机主板上的馈电信号线连接着位于5G天线和5G射频前端模组之间的单刀单掷开关,如图4、图5和图7所示,手机顶部金属边框与手机背盖之间有一个金属连接件,用来隔离LTE分集天线和GPS&WiFi&BT天线,即区域A和区域B,4G天线和5G天线的分布如图7所示,其中区域A为LTE分集天线,区域B为GPS&WiFi&BT天线,区域C为5G天线,区域D为LTE主天线。
实施例四:如图8~11所示,本实施例类似于实施例二和实施例三,在本实施例中,5G天线的反射腔集成在手机顶部金属边框上,开口朝着手机的背面,即5G天线的辐射方向朝着手机的背面,手机顶部金属边框与手机侧边金属边框之间的开缝位于手机的顶边,此时的5G天线单元与实施例三类似,馈电信号线连接着位于5G天线和5G射频前端模组之间的单刀单掷开关。与实施例三不同的是,手机顶部金属边框与手机侧边金属边框之间的开缝位于手机顶部,4G天线与5G天线的分布如图11所示,其中区域A为LTE分集天线,LTE分集天线的馈电点与接地点可根据实际情况安排具体的位置,GPS&WiFi&BT天线可以放置在区域B1、B2中的任意一个,也可以在区域B1、B2中均有分布,具体排布方式以及天线形式也需要根据实际的情况安排,区域C为5G天线,区域D为LTE主天线。
实施例五:如图12~17所示,本实施例类似于实施例二和实施例三,在本实施例中,5G天线的反射腔集成在手机顶部金属边框上,开口朝着手机的顶部,即5G天线的辐射方向朝着手机的顶部,手机顶部金属边框与手机侧边金属边框之间的开缝位于手机的侧边,此时的5G天线单元包括集成在手机顶部金属边框上的反射腔、反射腔内的台柱、馈电探针和绝缘套管,其中台柱为双层结构,手机主板上的馈电信号线分为两段宽度不一的部分,其中馈电探针穿过馈电信号线较宽的一段中间预留的孔,通过焊接使之与馈电信号线相连,馈电信号线较窄的一段的另一端则连接着位于5G天线和5G射频前端模组之间的单刀单掷开关。手机顶部金属边框与手机背盖之间有一个金属连接件,用来隔离LTE分集天线和GPS&WiFi&BT天线,即区域A和区域B。4G天线与5G天线的分布如图17所示,其中区域A为LTE分集天线,区域B为GPS&WiFi&BT天线,区域C为5G天线,区域D为LTE主天线。
实施例六:如图18~22所示,本实施例类似于实施例四和实施例五,在本实施例中,5G天线的反射腔集成在手机顶部金属边框上,开口朝着手机顶部,即5G天线的辐射方向朝着手机的顶部,手机顶部金属边框与手机侧边金属边框之间的开缝位于手机的顶边,此时的5G天线单元与实施例五类似,馈电信号线连接着位于5G天线和5G射频前端模组之间的单刀单掷开关。与实施例五不同的是,手机顶部金属边框与手机侧边金属边框之间的开缝位于手机顶部,4G天线与5G天线的分布如图22所示,其中区域A为LTE分集天线,LTE分集天线的馈电点与接地点可根据实际情况安排具体的位置,GPS&WiFi&BT天线可以放置在区域B1、B2中的任意一个,也可以在区域B1、B2中均有分布,具体排布方式以及天线形式也需要根据实际的情况安排,区域C为5G天线,区域D为LTE主天线。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统,包括射频前端模块,与射频前端模块连接的基带模块和天线模块,其特征在于:所述射频前端模块与天线模块之间还设有开关模块。
2.根据权利要求1所述的4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统,其特征在于:所述天线模块包括金属边框和设于金属边框上的4G天线和5G天线。
3.根据权利要求2所述的4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统,其特征在于:所述射频前端模块包括与4G天线对应的4G射频前端模组和与5G天线对应的5G射频前端模组。
4.根据权利要求3所述的4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统,其特征在于:所述4G天线包括LTE分集天线、GPS&WiFi&BT天线。
5.根据权利要求4所述的4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统,其特征在于:所述4G射频前端模组包括与LTE分集天线所对应的LTE射频前端模组和与GPS&WiFi&BT天线所对应的三合一射频前端模组。
6.根据权利要求3所述的4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统,其特征在于:所述开关模块包括2个单刀单掷开关,所述单刀单掷开关分别设置于4G天线与4G射频前端模组之间、5G天线与5G射频前端模组。
7.根据权利要求5所述的4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统,其特征在于:所述开关模块包括3个单刀单掷开关,所述单刀单掷开关分别设置于LTE分集天线与LTE射频前端模组之间、GPS&WiFi&BT天线与三合一射频前端模组之间、5G天线与其对应的5G射频前端模组之间。
8.根据权利要求2所述的4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统,其特征在于:所述5G天线由N个天线单元组成,其中N为大于零的正整数。
9.根据权利要求8所述的4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统,其特征在于:所述天线单元包括馈电探针、绝缘套管、台柱和反射腔,所述台柱连接馈电探针,馈电探针通过绝缘套管与反射腔连接。
10.根据权利要求9所述的4G天线与5G天线相互切换的天线射频系统,其特征在于:所述反射腔内填充低损耗材料。
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