CN111670546B - 一种用于移动设备的天线系统以及移动设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于移动设备的天线系统，包括第一槽形天线振子，由第一平面导电件、与第一平面导电件间隔设置的第二导电件、以及设置于第一平面导电件和第二导电件之间的后壁构件组成。第一缝隙天线形成于第一平面导电件和第二导电件中，与第一槽形天线振子相邻。
Description
技术领域
本发明各方面大体上涉及无线通信设备，更具体地，涉及一种用于无线通信设备的天线系统。
背景技术
第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，3GPP)定义了在多入多出 (multiple-in multiple out，MIMO)等级下5G新无线电(new radio，NR)用户设备(user equipment，UE)的波束赋形性能参数，要求5G用户设备使用具有基本恒定的等效全向辐射功率(Equivalent Isotropically Radiated Power，EIRP)/有效等方向敏感度(Effective Isotropic Sensitivity，EIS)以及分集/MIMO性能的全向覆盖毫米波(omnicoverage millimeter wave， mmWave)天线，以实现全向和全方位的稳定通信。全向覆盖要求根据增强型移动宽带 (enhanced mobile Broad Band，eMBB)密集城区用例定义，其中用户设备和小基站之间大概率存在视距(Line-of-Sight，LOS)传输。
非视距(non-line of sight，NLOS)信道的衰减通常比LOS信道至少大20dB，因而在NLOS 下使用单极化用户设备支持双层场景会导致数据吞吐量下降。提供一种支持双极化波束赋形的用户设备在LOS信道中实现双层MIMO/分集是有利的。
定向相控阵列天线只能覆盖部分空间。尽管通过波束导向可以实现覆盖，但要用单个阵列实现全球面覆盖仍然是非常困难的。因此，在毫米波5G NR用户设备中采用切换和相控天线振子实现混合波束赋形是有利的。
由此，希望能够提供一种用于移动通信设备的天线系统，以至少解决上述的部分问题。
发明内容
所公开实施例的目的在于提供一种用于移动通信设备的天线系统，所述天线系统提供单独的天线振子用于多频段的多入多出(multiple-in multiple-out，MIMO)操作。该目的由独立权利要求的标的物来实现。更多有利修改可以在附属权利要求中找到。
根据第一方面，上述和更多目的和优点通过一种用于移动设备的天线系统获得。在一实施例中，所述天线系统包括由第一平面导电件、与所述第一平面导电件间隔设置的第二导电件、以及设置在所述第一平面导电件和所述第二导电件之间的后壁构件组成的第一槽形天线振子。第一缝隙天线形成于所述第一平面导电件和所述第二导电件中，与所述第一槽形天线振子相邻。所公开实施例的各方面提供了一种高效极化MIMO毫米波天线系统或阵列。支持双极化波束赋形，在两个正交的极化方向上进行辐射。所公开实施例的所述天线系统的相对带宽(24.25GHz–29.5GHz)大于约20％，支持全向覆盖波束赋形，具有基本恒定的EIRP/EIS 和分集/MIMO性能，以实现全向、全方位的稳定通信。
根据所述第一方面，在所述天线系统的一种可能实施形式中，第二槽形天线振子形成于所述第一缝隙天线和与所述第二槽形天线振子相邻的第二缝隙天线之间。所述槽形天线振子作为缝隙天线振子辐射的陷波器。所述槽形天线振子平衡缝隙天线的EM模式转换：从横电 (TM)模(表面波)到横电磁(TEM)模(辐射到自由空间)。通过缝隙天线阵列实现高效波束赋形，相邻缝隙天线之间的相互隔离度小于–15dB。
根据如上所述第一方面或根据前述可能实施形式，在所述天线系统的一种可能实施形式中，所述第一槽形天线振子包括设置在所述第一平面导电件和所述第二导电件之间且位于所述后壁构件前方的导电探针元件。槽形天线振子阵列可实现高效波束赋形，相对带宽 (24.25–29.5GHz)大于约20％。
根据前述可能实施形式，在所述天线系统的另一种可能实施形式中，馈线连接到所述导电探针，以产生基本上垂直于所述第一槽形天线振子的前外边缘的极化电场。相邻天线之间通过电流模正交实现大于约–15dB的相互隔离度。缝隙天线子阵列和槽形天线子阵列可实现高效的双极化波束赋形。
根据如上所述第一方面或根据任一前述可能实施形式，在所述天线系统的另一种可能实施形式中，第一缝隙天线由第一边界边缘构件、第二边界边缘构件和后边界边缘构件界定。所述第一缝隙天线的第一边界边缘构件构成所述第一槽形天线振子的边缘，所述第一缝隙天线的第二边界边缘构件构成所述第二槽形天线振子的边缘。所述缝隙天线振子作为所述槽形天线振子辐射的陷波器。所述缝隙天线振子平衡槽形天线振子的EM模式转换：从横电 (Transverse Electric，TE)模(表面波)到横电磁(TransverseElectromagnetic，TEM)模(辐射到自由空间)。
根据前述可能实施形式，在所述天线系统的另一种可能实施形式中，所述第一缝隙天线的形状从所述后边界边缘构件向所述第一槽形天线振子的前外边缘变细，所述第一槽形天线振子的宽度从所述后壁构件朝所述第一槽形天线振子的前外边缘变窄。所述槽形天线振子作为所述缝隙天线振子辐射的陷波器，用于平衡缝隙天线的EM模式转换：TM模(表面波) 到TEM模(辐射到自由空间)。所述缝隙天线阵列可实现高效波束赋形，相邻缝隙天线之间的相互隔离度小于约–15dB。由于阵子尺寸较小，两个极化阵子需要阵列周期达到所需波长的1/2。
根据如上所述第一方面或根据任一前述可能实施形式，在所述天线系统的另一种可能实施形式中，所述后壁构件包括设置在所述第一平面导电件和所述第二导电件之间并与所述第一平面导电件和所述第二导电件电连接的多个导电通孔。使用导电通孔可以为天线系统实现低成本的PCB制造。
根据前述可能实施形式，在所述天线系统的另一种可能实施形式中，所述多个导电通孔至少形成所述第一缝隙天线的所述第一边界边缘构件和所述第二边界边缘构件。使用导电通孔作为所述缝隙天线的边界构件可以为天线系统实现低成本的PCB制造。
根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的任一前述可能实施形式，在所述天线系统的另一种可能实施形式中，第二导电件连接到阶梯式排列的至少第一台阶构件和至少第二台阶构件。所公开实施例的所述天线系统与金属框移动设备兼容。阶梯式排列的台阶构件作为波导，通过将其与移动设备的金属框耦合并最小化手机组件的寄生馈线长度和寄生效应，以最大化所公开实施例的毫米波天线的性能。
根据前述可能实施形式，在所述天线系统的另一种可能实施形式中，所述第二导电件包括设置在所述第二导电件、所述至少第一台阶构件和所述至少第二台阶构件之间并与所述第二导电件、所述至少第一台阶构件和所述至少第二台阶构件电连接的多个导电通孔。使用导电通孔可以为天线系统实现低成本的印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)制造。
根据如上所述第一方面，在所述天线系统的另一种可能实施形式中，馈线连接到所述第一缝隙天线，用于产生基本平行于所述第一槽形天线振子的前外边缘的极化电场。所公开实施例的所述天线系统支持双极化波束赋形，以便在LOS信道中实现双层MIMO/分集。
根据如上所述第一方面或根据任一前述可能实施形式，在所述天线系统的另一种可能实施形式中，导电件与所述导电探针耦合，所述导电件堆叠在所述第一平面导电件和所述第二导电件之间，并与所述第一平面导电件和所述第二导电件间隔设置。所公开实施例的所述天线系统是低剖面天线系统。所述槽形天线振子的总高度降低后，使得能够在移动设备内集成。所述槽形天线振子阵列可实现高效波束赋形，相对带宽(24.25GHz–29.5GHz)大于约20％。
根据如上所述第一方面或根据任一前述可能实施形式，在所述天线系统的另一种可能实施形式中，外部导电件从所述第一槽形天线振子的前外边缘附近耦合到第二导电件的外侧。所公开实施例的所述天线系统是低剖面天线系统。所述槽形天线振子的总高度降低后，使得能够在移动设备内集成。所述槽形天线振子阵列可实现高效波束赋形，相对带宽(24.25 GHz–29.5GHz)大于约20％。
根据第二方面，上述和更多目的和优点通过一种移动设备获得。在一实施例中，所述移动设备包括根据任一前述可能实施形式的天线系统。具有所公开实施例的所述天线系统的移动设备支持5G移动通信的毫米波频段。
根据如上所述第二方面，在所述移动设备的一种可能实施形式中，所述移动设备包括外边缘，所述天线系统分布在所述移动设备的外边缘附近。所述第一槽形天线振子的外边缘基本上平行于所述移动设备的外边缘而设置。包含所公开实施例的天线系统的移动设备支持全向覆盖波束赋形和波束扫描，以在各种用户场景下获得稳定的连接性能。通过将毫米波辐射单元分布在移动设备的边缘处，可以最大化毫米波天线增益和波束扫描的覆盖范围。
结合附图，根据本文描述的实施例，示例性实施例的这些和其它方面、实施形式和优点将变得显而易见。但应了解，描述和附图仅用于说明并且不作为对所公开发明限制的定义，所述限制应参考随附的权利要求书。本发明的其它方面和优点将在下文说明中阐述，而且部分将从说明中显而易见，或通过本发明的实践可知。此外，本发明的各方面和优点可以通过所附权利要求书中特别指出的手段和组合实现和获得。
附图说明
在本公开内容的以下详述部分中，将参看附图中所展示的示例性实施例来更详细地解释本发明，其中：
图1是用于所公开实施例各方面的示例性天线系统的俯视透视图。
图2是图1所示天线系统的局部正面透视图。
图3是图1所示天线系统的仰视透视图。
图4是用于所公开实施例各方面的示出了导电通孔的示例性天线系统的示意性透视图。
图5是用于所公开实施例各方面的示出了导电通孔和馈线的示例性天线系统的俯视平面图。
图6是用于所公开实施例各方面的天线系统的槽形天线的侧截面图。
图7是用于所公开实施例各方面的示例性槽形天线的截面图。
图8是用于所公开实施例各方面的示例性天线系统的槽形天线的截面图。
图9是用于所公开实施例各方面的示例性天线系统的内部结构的示意性透视图。
图10是用于所公开实施例各方面的天线系统的示例性槽形天线的示意性透视图。
图11是用于所公开实施例各方面的示例性天线系统的示意性正面透视图。
图12是用于所公开实施例各方面的具有天线系统的示例性移动设备的示意性框图。
图13是用于所公开实施例的天线系统的示例性移动设备的示意性侧截面图。
图14是示出了用于所公开实施例各方面的天线系统的双极化扫描覆盖范围的线图。
图15是示出了用于所公开实施例各方面的天线系统的天线增益的图形。
图16示出了用于所公开实施例的天线系统的移动设备的示例性E场。
具体实施方式
参考图1，可以看到用于所公开实施例各方面的如图12所示的示例性移动通信设备10 的天线阵列或系统100的示例性示意性框图。所公开实施例的天线系统100提供了一种为双极化端射天线设备的天线阵列，其中双极化端射天线阵列的周期小于所产生电磁波的波长。当包含在移动设备10中时，所公开实施例的天线系统100用于支持5G移动通信、具有基本恒定的等效全向辐射功率(Equivalent Isotropically Radiated Power，EIRP)/有效等方向敏感度(Effective Isotropic Sensitivity，EIS)的全向覆盖波束赋形、天线分集和多入多出(Multiple-In Multiple-Out，MIMO)性能，以实现全向和全方位的稳定通信。
所公开实施例的各方面提供了用于移动设备10的天线阵列或系统100。天线阵列或系统进行两种不同极化模式的辐射并支持每种不同极化的波束赋形。垂直极化天线，本文中也称为槽形天线或槽形天线振子110，由通过导电探针元件104馈电的第一导电件102和第二导电件106组成。水平极化天线，也称为缝隙天线或缝隙天线振子120，由导电件102和106 的边缘121、122和123组成。垂直极化天线和水平极化天线互为补充，不可分割。水平极化天线振子可改善垂直极化天线振子之间的隔离度。
在图1所示的示例中，天线系统100包括至少一个槽形天线振子110和至少一个缝隙天线120。至少一个槽形天线振子110，在本示例中称为第一槽形天线振子110，由第一导电件或层102和第二导电件或层106组成。在图1所示的实施例中，通常第一导电件102是一个基本平面的构件。第二导电件106也可以是基本上平面的元件。在可替代实施例中，第一导电件102和第二导电件106可以是基本上平面的或非平面的。例如，如本文进一步描述的，第二导电件106可以包括或连接到台阶或阶梯式排列的导电件。
在图1所示的示例中，第二导电件106与第一平面导电件102间隔设置。后壁构件108 设置在第一平面导电件102和第二导电件106之间。天线系统100的垂直极化天线由槽形天线振子组成，包含本文进一步描述的导电探针。
在图1的示例中，至少一个缝隙天线120，在本示例中称为第一缝隙天线120，形成于第一平面导电件102和第二导电件106中。如图1所示，第一缝隙天线120沿着导电件或层102、 106延伸，且与第一槽形天线振子110相邻设置。天线系统100的水平极化天线由缝隙天线，通常称为缝隙天线120，组成。第一缝隙天线120沿着天线系统100结构的后壁108从后边缘122延伸到前边缘118。
如图1的示例中所示，天线系统100包括至少第二槽形天线振子130和至少第二缝隙天线140。第二槽形天线振子130设置在第一缝隙天线120和第二缝隙天线140之间。在图1的示例中，第二槽形天线振子130与第二缝隙天线140相邻设置。尽管本文将通常结合第一和第二槽形天线振子110和130以及第一和第二缝隙天线120和140来描述所公开实施例的各方面，但所公开实施例的各方面不限于此。在可替代实施例中，天线系统100可以包括任意数量的槽形天线振子，例如槽形天线振子110、130、150、170和190，通常称为槽形天线振子110。类似地，天线系统100可以包括任意数量的缝隙天线，例如缝隙天线120、140、 160和180，通常称为缝隙天线120。在一实施例中，槽形天线振子110和缝隙天线120的数量取决于图12中示出的天线系统100和移动设备10的尺寸和应用场景。
此外，尽管本文描述第二缝隙天线140与第二槽形天线振子130相邻，但所公开实施例的各方面不限于此。在可替代实施例中，第二缝隙天线140可以形成于天线系统100的任一槽形天线振子的相邻位置。例如，如图2所示，第二缝隙天线140与第一槽形天线振子110 相邻。通常，如图1和图2所示，天线系统100包括与槽形天线振子110相邻或设置在两个槽形天线振子之间的缝隙天线120，具体取决于天线系统100的尺寸和配置。同理，槽形天线振子110与缝隙天线120相邻设置或设置在两个缝隙天线之间，具体取决于天线系统100 的尺寸和配置。
参考图1和图2，在一实施例中，天线系统100包括导电探针元件104。导电探针元件104用于产生电场，该电场通常相对于槽形天线振子110的边缘118基本上垂直极化。边缘118通常称为天线系统100的前边缘。如图1的示例中所示，导电探针元件104设置在第一平面导电件102和第二导电件106之间。在一实施例中，导电探针元件104基本上与第一平面导电件102和第二导电件106垂直。同样，如图2所示，导电探针元件104设置在后壁构件108的前面。如本文进一步描述的，后壁构件108通常配置成为导电探针元件104的反射器。
缝隙天线，例如图2中的缝隙天线120和140，通常设置在相邻导电探针元件之间，例如导电探针元件104和114之间。例如，沿着槽形天线振子110、130和150的边缘118，也是沿着图12所示的移动设备10的外部边缘12，图1和图2示例中的导电探针元件104和114 生成电磁行波。图12和图13示出了与移动设备10的外边缘12相邻的天线系统100。外边缘12可以包括移动设备10的顶部、底部、左侧或右侧中的任意一个或多个。图12中，外边缘12在设备10的底部，而图13中，外边缘在设备10的背面。电磁行波向自由空间的辐射通过对应缝隙天线120的几何形状来控制。
图2和图3示出了缝隙天线，例如缝隙天线120，的示例性几何形状。图2示出了前透视图，图3示出了后透视图。在本示例中，缝隙天线120的形状410通常呈锥形，且通常由第一边界边缘构件121、第二或后边界边缘构件122和第三边界边缘构件123界定。在图3 的示例中，第一缝隙天线120的第一边界边缘构件121构成第一槽形天线振子110的边缘103，或与第一槽形天线振子110的边缘103重合。又如图3所示，第一缝隙天线120的第二边界边缘构件123构成第二槽形天线振子130的边缘132，或与第二槽形天线振子130的边缘132 重合。第一边界边缘构件121和第三边界边缘构件123均向槽形天线110和天线系统100的前边缘118延伸。
在图3的示例中，缝隙天线120的示例性形状410从后边界边缘构件122向槽形天线振子110的前外边缘118变细。又如图1至图3所示，槽形天线振子110的宽度从后壁构件108朝槽形天线振子110的前外边缘118变窄。天线阵列100的缝隙天线120和槽形天线振子110的形状有利于高效波束赋形和波束扫描。
在一实施例中，还参考图4和图5，后壁构件108包括多个导电通孔或通孔502。在本示例中，导电通孔502设置在第一平面导电件102和第二导电件106之间，并与第一平面导电件102和第二导电件106电连接。在一实施例中，多个导电通孔502形成缝隙天线120的第一边界边缘构件121和第二边界边缘构件123。导电通孔502可以是一个或多个规则或不规则的形状。在一实施例中，例如，导电通孔502可以填充铜等导电材料。
参考图5，在一实施例中，天线系统100包括两条不同的天线馈线506和508以及连接点502和504，其中一个用于每个槽形天线振子110，另一个用于每个缝隙天线120。在图5的示例中，与馈线506相连接的或构成馈线506的一部分的连接点502耦合或连接到槽形天线振子110的导电探针元件104。与馈线508相连接的或构成馈线508的一部分的连接点504耦合或连接到缝隙天线120。通过这两种不同的连接实现双极化辐射或波束赋形。出于本文描述的目的，连接点502和馈线506统称为馈线506，连接点504和馈线508将统称为馈线508。在一实施例中，基于PCB的天线阵列中，馈线506和馈线508包括带状线。
在图5的示例中，馈线508从缝隙天线120的大致中点509处穿过缝隙天线120。馈线508包括带状线用于连接到缝隙天线120的过渡段510。在一实施例中，通常理解为，第一缝隙天线120包括在馈线508的连接点504和过渡段510附近的径向段。通过调整馈电位置、径向段和阻抗匹配拓扑的大小来实现良好的阻抗匹配性能。在本示例中，馈线508与缝隙天线120的连接可以产生通常与槽形天线振子110的边缘118基本平行的极化电场。
图1示出的多个槽形天线振子110和缝隙天线120通常构成双极化端射天线设备或天线系统100。特定槽形天线振子110、130、150、170和190，缝隙天线120、140、160和180，以及相邻的导电探针104通常配置成多个开槽的槽形天线振子，以产生双极化辐射。开槽的槽形天线振子的尺寸通常被描述为相邻缝隙120和140之间的距离和/或相邻导电探针元件104和114之间的距离。通常这些尺寸用来定义由多个开槽的槽形天线振子组成的天线系统100的周期。例如，通过缝隙天线120和140以及对应的导电探针元件104和114的相位控制馈电，可以实现极化MIMO波束赋形。
在一实施例中，参考图12和13，如通常所理解的，典型的移动设备10，例如手机，可以包括金属框20、玻璃前盖22、显示器24和后盖或玻璃后盖30。如图13的示例中所示，移动设备10的内部结构还包括射频集成电路(radio frequency integrated circuit，RFIC)26和天线系统100。在图13的示例中，所公开实施例的天线系统100形成于印刷电路板28上，此处称为天线PCB结构28。所公开实施例的天线PCB结构28可用于为金属框的移动设备 10提供双极化毫米波天线系统100。
图13示出了移动设备10的截面，展示了天线系统100相对于显示器24、前盖22和后盖30的位置。如图13所示，天线系统100靠近或邻近后盖30。在图13的示例中，本文描述的双极化天线振子由天线PCB结构28形成，天线PCB结构28与后盖或玻璃后盖30和金属框20耦合。天线PCB结构28与移动设备10的后盖或玻璃后盖30和金属框20的耦合形成双极化漏波波束赋形和波束导向结构。双极化电磁模沿着天线PCB结构28、后盖或玻璃后盖30和金属框结构20传播并辐射到自由空间。
在一实施例中，参考图6至图9，第二导电件106包括或连接到至少一个第一台阶构件或层162和至少一个第二台阶构件或层164。每个台阶构件162和164通常包括导电层或元件。台阶构件162和164与多个类似于导电通孔502的导电通孔165互连。导电通孔165的分布密度使得射频电流在台阶或阶梯排列中沿着第二导电件106表面流动。如图6和图7所示，在第一台阶构件162与第二台阶构件164之间存在间隙166。间隙166通常填充空气等介质。
在一实施例中，如图8和9的示例中所示，第一台阶构件162和第二台阶构件164与多个通孔165互连，多个通孔165设置在台阶或阶梯排列中。将台阶构件162和164的阶梯式排列作为双极化漏波波导，并通过将其与移动设备10的金属框20耦合并最小化手机元件的寄生馈线长度和寄生效应，以最大化所公开实施例的毫米波天线组件100的性能。图6至图9的示例中，行波的传播方向是从左向右的。在图9的示例中，传播方向是从后壁108往前边缘118，再到自由空间。
参考图8和图9，台阶构件162和164配置为具有漏波辐射孔径803的双极化行波天线。通过导电台阶构件162和164与自由空间之间逐渐缩小的距离来定义沿漏波辐射孔径803的漏波逐渐变小的相位和泄漏率。因此，通过台阶构件162和164的几何形状以及将天线结构与自由空间分离的材料的介电特性来确定辐射图801和传播方向802。
参考图10，在一实施例中，天线系统100包括与导电探针104耦合的导电件902。导电件902用于导电探针104和第一平面导电件102之间的电容耦合。导电探针104和导电件902 的尺寸选择需要能够将第一槽形天线振子110的总阻抗带宽达到最大化。在本示例中，导电件902堆叠在第一平面导电件102和第二导电件106之间，且与在第一平面导电件102和第二导电件106间隔设置。
图11示出了结合所公开实施例的各方面的另一示例性天线系统。在本示例中，天线系统 100包括一个或多个外部导电件1102，外部导电件1102耦合到第二导电件106的外侧1104。在本示例中，外部导电件1102设置在第一槽形天线振子110的前外边缘118附近。外部导电件1102配置为表面贴装器件。在其它实施例中，外部导电件1102配置为具有单独结构的导电器件：例如，激光直接结构化(Laser Direct Structuring，LDS)介质材料上的导电图，或形成于其它PCB或柔性PCB内的导电图。外部导电件1102用于有效增加第一槽形天线振子110 的高度，以进一步增加第一槽形天线振子110的阻抗带宽和辐射效率。
图14和图15示出了所公开实施例具有分集/MIMO等级2全球面覆盖的天线系统100的示例性性能。所公开实施例的用于移动设备10的天线系统100支持全向覆盖双极化波束赋形和波束扫描。如图14和15的曲线图所示，双极化波束赋形的示例性天线阵列100的特征在于天线增益的累积分布函数(cumulative distribution function，CDF)。
图14示出了具有所公开的天线阵列100的示例性移动设备10的双极化波束赋形。在图 14的示例中，对于每个空域方向上的波束设置，在球面坐标中标注了已实现的增益。正交极化1和2相应地由缝隙天线振子120和槽形天线振子110辐射而成。
参考图15，示出了用于双极化波束赋形的示例性CDF曲线。通过配置天线阵列100依次在多个空域方向上生成多个波束，并测量对应方向上的增益，来抓取图15中所示的CDF。图15的曲线表明，全球面扫描覆盖达到的最小增益超过3.5dBi(point CDF＝0.2)。正交极化的增益差异在1dB以下，表明视距条件下支持的MIMO rank 2性能，非视距条件下支持MIMO rank 4性能。
图16示出了包括本文公开的双极化毫米波天线系统100的移动设备10的垂直极化的示例性E场。在本示例中，第二导电件106设置在阶梯式排列中，如图6至图9所示。移动设备10包括与天线系统100耦合的金属框20和玻璃后盖30。辐射图801和传播方向802由台阶构件162和164的几何形状和玻璃后盖30的介电特性确定。第二导电件106的阶梯式排列用于沿着漏波辐射孔径803逐渐增加漏波的泄漏率。
具体地，配置第二导电件106使得电磁能量的最大部分在到达前边缘118之前能辐射到自由空间。因此，最小化金属框20对波束赋形和波束扫描的寄生效应。双极化电磁波辐射到自由空间，以避免与金属框20以及移动设备10内的内部介质填充腔体的寄生耦合。如图16 所示，天线系统100与显示结构24之间的E场的强度低于通过玻璃后盖30辐射到自由空间的E场的强度。
所公开实施例的各方面提供了用于移动设备的天线系统，可以实现两种不同极化模式的辐射并支持每种不同极化的波束赋形。支持双极化波束赋形，在两个正交的极化方向上进行辐射。垂直极化天线由导电件组成，并由导电探针元件馈电。导电探针元件放置于由一排导电通孔组成的反射器之前，并通过一条带状线连接到RFIC输出引脚。水平极化天线由平面导电件边缘处的缝隙天线振子组成。垂直极化天线和水平极化天线互为补充，不可分割。
所公开实施例的天线系统100提供一种在大约24.25GHz–29.5GHz频率范围内，具有大于约20％的相对带宽的高效率双极化MIMO毫米波天线，支持全向覆盖波束赋形，具有基本恒定的EIRP/EIS和分集/MIMO性能，以实现全向、全方位的稳定通信。所公开实施例的双极化天线阵列通常在印刷电路板上占据与单极化阵列相同的面积。两种天线振子，无论是槽形的还是锥形缝隙的，本质上都是宽带。可以通过电流模正交实现大于约–15dB的隔离度。
因此，尽管文中已示出、描述和指出应用于本发明的示例性实施例的本发明的基本新颖特征，但应理解，领域的技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，对装置和方法的形式和细节以及装置操作进行各种省略、取代和改变。进一步地，明确希望，以大体相同的方式执行大体相同的功能以实现相同结果的那件元件的所有组合均在本发明的范围内。此外，应认识到，结合所揭示的本发明的任何形式或实施例进行展示和/或描述的结构和/或元件可作为设计选择的通用项而并入所揭示或描述或建议的任何其他形式或实施例中。因此，本发明仅受限于随附权利要求书的范围。
Claims (12)
1.一种用于移动设备(10)的天线系统(100)，其特征在于，包括第一槽形天线振子(110)、第一缝隙天线(120)、第二槽形天线振子(130)和第二缝隙天线(140)；
所述第一槽形天线振子(110)包括第一平面导电件(102)、第二导电件(106)和后壁构件(108)；
所述第二导电件(106)与所述第一平面导电件(102)间隔设置；所述后壁构件(108)设置在所述第一平面导电件(102)和所述第二导电件(106)之间；
所述第一缝隙天线(120)，形成于所述第一平面导电件(102)和第二导电件(106)中，与所述第一槽形天线振子(110)相邻；
所述第二槽形天线振子(130)形成于所述第一缝隙天线(120)和与所述第二槽形天线振子(130)相邻的所述第二缝隙天线(140)之间；
所述第一缝隙天线(120)由第一边界边缘构件(121)、第二边界边缘构件(123)和后边界边缘构件(122)界定，其中所述第一缝隙天线(120)的所述第一边界边缘构件(121)构成所述第一槽形天线振子(110)的边缘(103)，所述第一缝隙天线(120)的所述第二边界边缘构件(123)构成所述第二槽形天线振子(130)的边缘(132)；
所述第一缝隙天线(120)的形状(410)从所述后边界边缘构件(122)朝所述第一槽形天线振子(110)的前外边缘(118)变细，所述第一槽形天线振子(110)的宽度从所述后壁构件(108)朝所述第一槽形天线振子(110)的前外边缘(118)变窄。
2.根据权利要求1所述的天线系统(100)，其特征在于，所述第一槽形天线振子(110)包括导电探针元件(104)，设置在所述第一平面导电件(102)和所述第二导电件(106)之间且位于所述后壁构件(108)的前方。
3.根据权利要求2所述的天线系统(100)，其特征在于，包括连接到所述导电探针(104)的馈线(1002)，以产生垂直于所述第一槽形天线振子(110)的前外边缘(118)的极化电场。
4.根据权利要求1-3任一项所述的天线系统(100)，其特征在于，所述后壁构件(108)包括设置在所述第一平面导电件(102)和所述第二导电件(106)之间并与所述第一平面导电件(102)和所述第二导电件(106)电连接的多个导电通孔(502)。
5.根据权利要求4所述的天线系统(100)，其特征在于，所述多个导电通孔(502)至少形成所述第一缝隙天线(120)的所述第一边界边缘构件(121)和所述第二边界边缘构件(123)。
6.根据权利要求1-3任一项所述的天线系统(100)，其特征在于，所述第二导电件(106)连接到阶梯式排列的至少第一台阶构件(162)和至少第二台阶构件(164)。
7.根据权利要求6所述的天线系统(100)，其特征在于，所述第二导电件(106)包括设置在所述第二导电件(106)、所述至少第一台阶构件(162)和所述至少第二台阶构件(164)之间并与所述第二导电件(106)、所述至少第一台阶构件(162)和所述至少第二台阶构件(164)电连接的多个导电通孔(165)。
8.根据权利要求7所述的天线系统(100)，其特征在于，包括与所述第一缝隙天线(120)连接的馈线(1004)，用于产生平行于所述第一槽形天线振子(110)的前外边缘(118)的极化电场。
9.根据权利要求1-3任一项所述的天线系统(100)，其特征在于，包括与所述导电探针(104)耦合的导电件(902)，其中所述导电件(902)堆叠在所述第一平面导电件(102)和所述第二导电件(106)之间，并与所述第一平面导电件(102)和所述第二导电件(106)间隔设置。
10.根据权利要求1-3任一项所述的天线系统(100)，其特征在于，包括外部导电件(1302)，从所述第一槽形天线振子(110)的前外边缘(118)附近耦合到所述第二导电件(106)的外侧(1304)。
11.一种移动设备(10)，其特征在于，包括根据前述权利要求中任一项所述的天线系统(100)。
12.根据权利要求11所述的移动设备(10)，其特征在于，所述移动设备(10)包括外边缘(12)，其中所述天线系统(100)分布在所述移动设备的外边缘(12)附近，所述第一槽形天线振子(110)的外边缘(118)平行于所述移动设备(10)的外边缘(12)而设置。
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