CN111987416B - 一种终端设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种终端设备，属于通信技术领域。该终端设备，包括：地板和天线，该天线包括第一辐射臂、第二辐射臂和连接件；第一辐射臂的第一端通过连接件与第二辐射臂的第一端电连接；第一辐射臂的第一端与第二辐射臂的第一端之间接入第一激励源，在第一激励源的作用下，天线工作于第一模式；连接件与地板之间接入第二激励源，在第二激励源的作用下，天线工作于第二模式；第一模式与第二模式正交。本申请实施例中，通过第一激励源和第二激励源激励出两种模式，这两种模式正交，能够达到天线端口隔离度高和空间相关性小的效果，在不引入额外结构或电路的同时实现天线解耦，提升整个通信系统的性能。

Description

一种终端设备
技术领域
本申请实施例涉及通信技术领域，具体涉及一种终端设备。
背景技术
为满足各种通信服务的需求，终端设备中需要容纳越来越多的天线，天线之间的间距越来越小，而这些天线的工作频带相同，例如多输入多输出(multiple inputmultiple output，MIMO)天线，或者非常接近，例如长期演进(Long Term Evolution，LTE)Band40(2.3GHz–2.4GHz)和无线网络(Wireless Fidelity，Wi-Fi)2.4GHz(2.4GHz–2.484GHz)，导致天线之间会产生较强的电磁耦合。
天线耦合会导致两支天线之间的端口隔离度变差，同时会使得天线效率降低，因为一个天线发射的能量会因为端口的隔离度不够而流入到另一个天线的端口去被负载吸收。另外，天线耦合还会增加两支天线在空间的相关性，降低系统的信噪比，影响功率放大器的线性度等。这些效应最终会降低整个系统的吞吐量。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种终端设备，能够解决现有终端设备中因天线耦合，导致整个系统的吞吐量降低的问题。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
本申请实施例提供一种终端设备，包括：地板和天线，所述天线包括第一辐射臂、第二辐射臂和连接件；
所述第一辐射臂的第一端通过所述连接件与所述第二辐射臂的第一端电连接；
所述第一辐射臂的第一端与所述第二辐射臂的第一端之间接入第一激励源，在所述第一激励源的作用下，所述天线工作于第一模式；
所述连接件与所述地板之间接入第二激励源，在所述第二激励源的作用下，所述天线工作于第二模式；
所述第一模式与所述第二模式正交。
本申请实施例中，通过第一激励源和第二激励源激励出两种模式，这两种模式正交，能够达到天线端口隔离度高和空间相关性小的效果，在不引入额外结构或电路的同时实现天线解耦，从而提升整个系统的性能。
附图说明
图1为本申请实施例提供的天线结构示意图之一；
图2a为本申请实施例提供的天线电流示意图之一；
图2b为本申请实施例提供的天线电流示意图之二；
图3a为本申请实施例提供的天线测试示意图之一；
图3b为本申请实施例提供的天线测试示意图之二；
图3c为本申请实施例提供的天线测试示意图之三；
图4为本申请实施例提供的天线结构示意图之二；
图5a为本申请实施例提供的天线电流示意图之三；
图5b为本申请实施例提供的天线电流示意图之四；
图6a为本申请实施例提供的天线测试示意图之四；
图6b为本申请实施例提供的天线测试示意图之五；
图6c为本申请实施例提供的天线测试示意图之六。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在现有对天线解耦的设计方案中，最简单直接的方式是将工作频率相同或者相近的天线放在尽量远的地方，然而随着第五代通信技术(5th Generation，5G)的到来，天线数量越来越多，天线可以摆放的选择会越来越受到限制。因此，直接拉远摆放天线的方法已不再适用
另外一种思路是采用解耦技术，降低天线之间的耦合。主要有以下几种解耦方法：
(1)在两个天线之间添加一段特定设计的金属线引入一路新的耦合路径去跟原始的耦合相抵消从而实现解耦；
(2)在两个天线之间的地板上引入一些槽或者缝来滤掉地板上的电流；
(3)在两个天线之间插入寄生单元；
(4)在两个天线原始的两个端口之后设计解耦网络来抵消原始的耦合；
(5)在天线的接地端或者靠近天线的地板上添加电容形成一个新的谐振，从而微扰两天线之间的电流分布实现解耦。
尽管上述这些方法可以实现有效的解耦，他们都需要在两个耦合天线之间引入新的电路或者结构去解耦，由此会增大天线布局的面积，增加设计难度和成本。而且一些解耦方法缺乏系统的理论和设计指导，需要依靠大量的尝试，这会增加设计的难度和周期。
其中，对于MIMO天线，除了端口隔离，空间的相关性也是一个重要的参数。为了保证MIMO系统最终的高吞吐量，MIMO天线之间的空间相关性需要做到尽可能小。而这通过将MIMO天线拉远摆放有时候不能保证，因为空间相关性是由两个天线的远场方向图的相似性决定的，跟天线端口之间的隔离度没有必然联系。所以设计MIMO天线的时候不仅要保证端口的高隔离，还要做到空间的低相关性。
另外，拉远摆放天线或者传统的解耦方法可以实现的隔离度的量级大概在15dB-20dB左右，而在一些应用场景下，天线隔离度的要求会更高，例如，在双蓝牙天线的智能切换过程中，为了保证准确的切换，需要天线隔离度做到40dB～45dB的量级；而在同频段同时段的全双工的通信过程中，天线的隔离度需要做到50dB的量级，通信的质量才能得到保证，否则会出现损毁低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)、阻塞、干扰射频通路等问题。
基于以上评述，目前需要开拓新技术来实现更高的天线隔离度。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的终端设备进行详细地说明。
参见图1，本申请实施例提供一种终端设备，包括：地板1和天线2；
需要说明的是，上述地板1为终端设备的系统地板，上述天线2可以包括4G，5G，Wi-Fi，全球定位系统(Global Positioning System，GPS)和近场通信(Near FieldCommunication，NFC)等天线，本申请实施对天线2的类型不做具体限定。
在本申请实施例中，天线2包括第一辐射臂21、第二辐射臂22和连接件23，第一辐射臂21的第一端通过连接件23与第二辐射臂22的第一端电连接；
其中，在第一辐射臂21的第一端与第二辐射臂22的第一端之间接入第一激励源31，在该第一激励源31的作用下，天线2工作于第一模式，具体地，在第一辐射臂21和第二辐射臂22之间加入激励信号，在第一辐射臂21和第二辐射臂22之间引入了第一激励信号，使得第一辐射臂21和第二辐射臂22上的电流方向相同；在连接件23与地板2之间接入第二激励源32，在该第二激励源32的作用下，天线2工作于第二模式，具体地，在连接件23和地板1之间加入激励信号，在连接件23和地板1之间引入了第二激励信号，使得第一辐射臂21和第二辐射臂22上的电流方向相反；相当于两支天线共用辐射臂，采用不同的馈电方式从而分别激励起两种模式。
上述第一模式与第二模式正交，从而实现两个端口的解耦和两个辐射臂的空间的低相关性。
本申请实施例中，通过第一激励源和第二激励源激励出两种模式，这两种模式正交，能够达到天线端口隔离度高和空间相关性小的效果，在不引入额外结构或电路的同时实现天线解耦，从而提升整个系统的性能。
在一些实施方式中，第一激励源31和第二激励源32为具有内阻的电压源或者电流源，需要说明的是，在图1中黑色三角形标识表示定义端口时，从参考导体指向另一个导体，其并不限定所采用电压源或者电流源的电流方向。
在一些实施方式中，第一辐射臂31和第二辐射臂32的电尺寸为1/4工作波长。该电尺寸为实际尺寸(即物理长度)与工作波长的比值，可以根据工作频率调整对应的物理长度，即根据工作频率确定工作波长，然后结合电尺寸计算出对应的辐射臂的物理长度。该方案降低了天线设计难度，不需要依靠大量的尝试，使整个天线设计和调试过程比较简易。
可以理解的是，地板1的大小尺寸可以根据应用场景的实际需求进行调整，地板1的大小并不会影响两个激励源所激励出的两个模式之间的正交特性。
进一步地，上述由第一激励源31激励的第一模式为偶极子模式(dipole mode)，由第二激励源32激励的第二模式为单极子模式(monopole mode)。
在一些实施方式中，如图2a所示，图中箭头用于表示电流方向，当天线工作于偶极子模式时，第一辐射臂中的电流方向与第二辐射臂中的电流方向相同。
在一些实施方式中，如图2b所示，图中箭头用于表示电流方向，当天线工作于单极子模式时，第一辐射臂中的电流方向与第二辐射臂中的电流方向相反。
在一些实施方式中，天线2所在平面与地板1所在平面平行，或者天线2所在平面与地板1所在平面垂直，图1示出的是天线2与地板1平行的场景。
需要说明的是，将天线2与地板1平行或垂直设置取决于实际应用场景中的空间需求，无论是平行设置还是垂直设置均能够满足激励的两种模式之间正交。
进一步地，在一些实施方式中，如图1所示，第一辐射臂21和第二辐射臂22为直线型辐射臂。
下面结合附图对图1所示的天线解耦方案的效果进行描述。
参见图3a，图中示出了图1所示两种激励模式下天线的S参数，即散射参数，该参数是微波传输中的一个重要参数。其中，S11为输入反射系数，也就是输入回波损耗；S21为正向传输系数，也就是增益；S22为输出反射系数，也就是输出回波损耗。
根据图3a可以看出两种激励模式下天线在Wi-Fi 2.4GHz(2.4GHz–2.484GHz)的频段内反射系数都在-10dB以下，隔离度都在60dB以上，实现了很好的端口隔离。
参见图3b，图中示出两种激励模式下天线的空间相关性(ECC)的结果。
根据图3b，可以看出两种激励模式下天线之间的空间相关性在整个频段内都是10-7的量级，实现了很低的空间相关性。
参见图3c，图中示出两种激励模式下天线的总效率的结果。
根据图3c，可以看出两种激励模式下天线可以达到比较高的总效率。
综上所述，采用图1所示的天线解耦方案，两支天线共用辐射体，采用不同的馈电方式从而分别激励起两种模式，即偶极子和单极子模式，而这两种模式正交，所以可以实现60dB的端口隔离和很低的空间相关性，远远高于传统方法可以实现的20dB的天线隔离度的量级。
跟传统的天线设计方式不同，两支天线并不是通过拉远摆放实现高隔离。跟传统采用解耦方法的设计方式也不同，两支天线并不需要通过引入额外的结构或者电路来实现解耦。天线的物理长度可以根据工作频率进行方便的调整，整个设计和调试过程比较简易，地板的大小可以根据实际需求进行调整，并不影响两种模式的正交特性。
参见图4，本申请实施例提供另一种终端设备，其与图1所示的实施例的区别在于，天线2的第一辐射臂21和第二辐射臂22弯折，且天线2所在平面与地板1所在平面垂直。
可以理解的是，天线2所在平面也可以与地板1所在平面平行，可以基于实际应用场景进行调整。
其与结构的描述可以参照与图1相关的描述，在此不再复述。
本申请实施例中，通过弯折第一辐射臂21和第二辐射臂22，减小整个天线结构的尺寸。
可以理解的是，第一辐射臂21和第二辐射臂22的弯折方向可以朝向连接件23，即如图4所示，或者背向连接件23，在实际应用场景中，可以根据具体情况进行调整。
同理，在一些实施方式中，如图5a所示，图中箭头用于表示电流方向，当天线工作于偶极子模式时，第一辐射臂中的电流方向与第二辐射臂中的电流方向相同。
在一些实施方式中，如图5b所示，图中箭头用于表示电流方向，当天线工作于单极子模式时，第一辐射臂中的电流方向与第二辐射臂中的电流方向相反。
下面结合附图对图4所示的天线解耦方案的效果进行描述。
参见图6a，图中示出了图4所示两种激励模式下天线的S参数，即散射参数，该参数是微波传输中的一个重要参数。其中，S11为输入反射系数，也就是输入回波损耗；S21为正向传输系数，也就是增益；S22为输出反射系数，也就是输出回波损耗。
根据图3a可以看出两种激励模式下天线在3.3GHz–3.4GHz的频段内反射系数都在-10dB以下，隔离度都在30dB以上，实现了很好的端口隔离。
参见图6b，图中示出两种激励模式下天线的空间相关性(ECC)的结果。
根据图6b，可以看出两种激励模式下天线之间的空间相关性在整个频段内都在0.001以下，实现了很低的空间相关性。
参见图6c，图中示出两种激励模式下天线的总效率的结果。
根据图6c，可以看出两种激励模式下天线可以达到比较高的总效率。
综上所述，采用图4所示的天线解耦方案，两支天线共用辐射体，采用不同的馈电方式从而分别激励起两种模式，即偶极子和单极子模式，而这两种模式正交，所以可以实现30dB的端口隔离和很低的空间相关性，远远高于传统方法可以实现的20dB的天线隔离度的量级。同时将两支辐射臂进行弯折，可以进一步减小整个天线的占地空间，有益于整个终端天线系统的设计。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (9)

1.一种终端设备，其特征在于，包括：地板和天线，所述天线包括第一辐射臂、第二辐射臂和连接件；
所述第一辐射臂的第一端通过所述连接件与所述第二辐射臂的第一端电连接；
所述第一辐射臂的第一端与所述第二辐射臂的第一端之间接入第一激励源，在所述第一激励源的作用下，所述天线工作于第一模式；
所述连接件与所述地板之间接入第二激励源，在所述第二激励源的作用下，所述天线工作于第二模式；
所述第一模式与所述第二模式正交；
所述第一模式为偶极子模式；
所述第二模式为单极子模式。
2.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，
所述第一激励源和所述第二激励源为具有内阻的电压源或者电流源。
3.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，
所述第一辐射臂和所述第二辐射臂的电尺寸为1/4工作波长。
4.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，
当所述天线工作于偶极子模式时，所述第一辐射臂中的电流方向与所述第二辐射臂中的电流方向相同。
5.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，
当所述天线工作于单极子模式时，所述第一辐射臂中的电流方向与所述第二辐射臂中的电流方向相反。
6.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，
所述天线所在平面与所述地板所在平面平行或垂直。
7.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，
所述第一激励源接入在所述第一辐射臂和所述第二辐射臂之间，在所述第一辐射臂和所述第二辐射臂之间引入了第一激励信号；
所述第二激励源接入在所述连接件和所述地板之间，在所述连接件和所述地板之间引入了第二激励信号。
8.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，
所述第一辐射臂和所述第二辐射臂为直线型辐射臂。
9.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，
所述第一辐射臂和所述第二辐射臂弯折，且弯折方向朝向所述连接件或背向所述连接件。
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