CN112385081A - sub-6GHz和毫米波组合天线系统 - Google Patents

sub-6GHz和毫米波组合天线系统 Download PDF

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Abstract

一种天线系统包括用于发射从第一馈源接收的第一信号的第一天线部分和用于发射从第二馈源接收的第二信号的第二天线部分。第二天线部分电容耦合到第二馈源，并电感耦合到第一天线部分，第二信号的频率大于第一信号的频率。

Description

sub-6GHz和毫米波组合天线系统
相关申请案交叉申请
本申请要求于2018年7月12日提交美国专利局、申请号为16/034,240、发明名称为“sub-6GHz天线和毫米波天线组合系统”的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开大体上涉及一种天线系统，并且在特定实施例中，涉及一种sub-6千兆赫天线和毫米波天线的组合天线系统。
背景技术
用户设备(user equipment，UE)或终端用户用来进行通信的任何其它设备在本文中称为UE。UE可以包含在多个不同频段工作的多个天线。例如，UE可以包括第二代(secondgeneration，2G)频段的天线、第三代(third generation，3G)频段的天线、第四代(fourthgeneration，4G)长期演进(Long Term Evolution，LTE)频段的天线、全球定位系统(GlobalPositioning System，GPS)单元的天线和/或Wi-Fi系统的天线。此外，第五代(fifthgeneration，5G)UE可以包括一个或多个sub-6千兆赫(gigahertz，GHz)天线和/或一个或多个毫米波(毫米波)天线。
术语“sub-6GHz”通常由本领域技术人员用来指传统蜂窝通信中使用的信号，本文中将以这种方式使用该术语。此类信号的频率范围可以在大约30兆赫(megahertz，MHz)与大约6GHz之间，但是频率范围不一定限于这些下限值和上限值。
术语“毫米波”通常由本领域技术人员用来指频率在大约24GHz至300GHz范围内的信号，本文中将以这种方式使用该术语。但是，频率范围不一定受限于这些下限值和上限值。
发明内容
根据本公开的一个实施例，天线系统包括：第一天线部分，第一天线部分用于发射从第一馈源接收的第一信号；和第二天线部分，第二天线部分用于发射从第二馈源接收的第二信号。第二天线部分电容耦合到第二馈源，并电感耦合到第一天线部分，第二信号的频率大于第一信号的频率。
在前述实施例中，第二天线部分可以经由包括分立或分布式电容器的电容耦合结构电容耦合到第二馈源。在任一前述实施例中，电容耦合结构可以是在一个平面中的平行导电板、不同平面上的平行导电板或叉指耦合线中的至少一个。在任一前述实施例中，第二天线部分可以经由包括分立或分布式电感器的电感耦合结构电感耦合到第一天线部分。在任一前述实施例中，电感耦合结构可以是绕线分立电感器或基板上的分布式传输线中的至少一个。在任一前述实施例中，第一信号的频率可以在30MHz至6GHz的范围内。在任一前述实施例中，第二信号的频率可以在24GHz至300GHz的范围内。在任一前述实施例中，第二信号的频率可以比第一信号的频率大至少十倍。在任一前述实施例中，天线系统还包括第三天线部分，第三天线部分电感耦合到第二天线部分并用于发射第一信号，第一信号由第三天线部分经由第一天线部分和第二天线部分接收。在任一前述实施例中，第一天线部分和第二天线部分之间以及第二天线部分和第三天线部分之间的电感耦合可以产生阻抗，阻抗对第二信号在第一天线部分、第二天线部分和第三天线部分之间的传输的限制超过了对第一信号在第一天线部分、第二天线部分和第三天线部分之间的传输的限制。在任一前述实施例中，第二天线部分可以设置在包括天线系统的设备的框架内。在任一前述实施例中，第一天线部分可以为以下至少一项：设置在包括天线系统的设备的框架内，或者设置在包括天线系统的设备内的电路板上。在任一前述实施例中，第二天线部分可以为以下至少一项：设置在包括天线系统的设备的框架内，或者设置在包括天线系统的设备的电路板上。
根据本公开的另一实施例，提供了一种用于向天线系统发射或者从天线系统接收的方法。该方法包括：从天线系统的第一天线部分接收第一信号或者将第一信号发射到天线系统的第一天线部分，第一信号是从第一馈源接收的或发射到第一馈源的，第一信号的频率在30MHz至6GHz的范围内；从天线系统的第二天线部分接收第二信号或者将第二信号发射到天线系统的第二天线部分，第二信号是从第二馈源接收的或发射到第二馈源的，第二信号的频率在24GHz至300GHz的范围内。第二天线部分电容耦合到第二馈源并电感耦合到第一天线部分。
在前述实施例中，第二天线部分可以经由包括分立或分布式电容器的电容耦合结构电容耦合到第二馈源。在任一前述实施例中，电容耦合结构可以是在一个平面中的平行导电板、不同平面上的平行导电板或叉指耦合线中的至少一个。在任一前述实施例中，第二天线部分可以经由包括分立或分布式电感器的电感耦合结构电感耦合到第一天线部分。在任一前述实施例中，电感耦合结构可以是绕线分立电感器或基板上的分布式传输线中的至少一个。在任一前述实施例中，可以以比第一信号的频率大至少十倍的频率发射或接收第二信号。在任一前述实施例中，方法还可以包括从天线系统的第三天线部分发射第一信号。第三天线部分可以电感耦合到第二天线部分，第一信号可以由第三天线部分经由第一天线部分和第二天线部分接收。在任一前述实施例中，第一天线部分和第二天线部分之间以及第二天线部分和第三天线部分之间的电感耦合可以产生阻抗，阻抗对第二信号在第一天线部分、第二天线部分和第三天线部分之间的传输的限制超过了对第一信号在第一天线部分、第二天线部分和第三天线部分之间的传输的限制。在任一前述实施例中，第一天线部分可以为以下至少一项：设置在包括天线系统的设备的框架内，或形成在包括天线系统的设备内的电路板上。在任一前述实施例中，第二天线部分可以为以下至少一项：设置在包括天线系统的设备的框架内，或形成在包括天线系统的设备的电路板上。
根据本公开的另一实施例，天线系统包括：第一天线部分，第一天线部分用于发射从第一馈源接收的第一信号；第二天线部分，第二天线部分用于发射从第二馈源接收的第二信号，第二天线部分电容耦合到第二馈源并电感耦合到第一天线部分，第二信号的频率大于第一信号的频率；第三天线部分，第三天线部分电感耦合到第二天线部分并用于发射第一信号，第一信号由第三部分经由第一天线部分和第二天线部分接收。
在前述实施例中，第二天线部分可以经由包括分立或分布式电容器的电容耦合结构电容耦合到第二馈源。在任一前述实施例中，电容耦合结构可以是在一个平面中的平行导电板、不同平面上的平行导电板或叉指耦合线中的至少一个。在任一前述实施例中，第二天线部分可以经由包括至少一个分立或分布式电感器的第一电感耦合结构电感耦合到第一天线部分，第二天线部分可以经由包括至少一个分立电感器或分布电感器的第二电感耦合结构电感耦合到第三天线部分。在任一前述实施例中，第一电感耦合结构或第二电感耦合结构中的至少一个电感耦合结构可以是绕线分立电感器或基板上的分布式传输线中的至少一个。在任一前述实施例中，第一信号可以是sub-6千兆赫信号。在任一前述实施例中，第二信号可以是毫米波信号。在任一前述实施例中，第二信号的频率可以比第一信号的频率大至少十倍。在任一前述实施例中，第一天线部分和第二天线部分之间以及第二天线部分和第三天线部分之间的电感耦合可以产生阻抗，阻抗对第二信号在第一天线部分、第二天线部分和第三天线部分之间的传输的限制超过了对第一信号在第一天线部分、第二天线部分和第三天线部分之间的传输的限制。在任一前述实施例中，第一天线部分可以为以下至少一项：设置在包括天线系统的设备的框架内，或者设置在包括天线系统的设备内的电路板上。在任一前述实施例中，第二天线部分可以为以下至少一项：设置在包括天线系统的设备的框架内，或者设置在包括天线系统的设备的电路板上。
这些实施例的一个优点是，sub-6GHz天线和毫米波天线的组合占据的空间与sub-6GHz天线单独占据的空间基本上相同。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优点，现在参考下面结合附图进行的描述。
图1为sub-6GHz天线和毫米波天线的组合系统的图。
图2为另一sub-6GHz天线和毫米波天线的组合系统的图。
图3A为毫米波天线辐射体的图。
图3B为另一毫米波天线辐射体的图。
图4为另一sub-6GHz天线和毫米波天线的组合系统的图。
图5为另一sub-6GHz天线和毫米波天线的组合系统的图。
图6为另一sub-6GHz天线和毫米波天线的组合系统的图。
图7为另一sub-6GHz天线和毫米波天线的组合系统的图。
图8为另一sub-6GHz天线和毫米波天线的组合系统的图。
图9为另一sub-6GHz天线和毫米波天线的组合系统的图。
图10A为sub-6GHz天线和毫米波天线的组合系统的性能的图。
图10B为sub-6GHz天线和毫米波天线的组合系统的性能的另一幅图。
图11为sub-6GHz天线和毫米波天线的组合系统的端口之间的隔离度的图。
图12A为sub-6GHz天线和毫米波天线的组合系统的sub-6GHz天线部分的性能的图。
图12B为sub-6GHz天线和毫米波天线的组合系统的sub-6GHz天线部分的性能的另一幅图。
图13为用于从天线系统发射的方法的流程图。
具体实施方式
下面将详细论述当前优选实施例的结构、制作和使用。但是，应理解的是，本公开提供了许多可应用的新概念，这些新概念可以体现在多种具体上下文中。所论述的具体实施例仅仅说明制作和使用实施例的具体方式，而不限制本公开的范围。
随着UE包含的天线数量的增加，在UE的有限空间中拟合所有天线的难度也随之增加。本文所公开的实施例提供了一种天线系统，其组合了sub-6GHz天线和毫米波天线，并高效地利用了UE内的有限空间。为了简单起见，下文中将sub-6GHz天线和毫米波天线的组合的各种实施例称为组合天线系统。
在本文中，所述组合天线系统可以描述为安装在UE中，但是，应理解的是，所述组合天线系统可以安装在其它类型的设备中。此外，在本文中，可以以示例形状和大小来描述组合天线系统，但是，应理解的是，天线系统可以具有其它形状和大小。此外，在本文中，信号可以描述为由UE发射，但是类似的概念可以应用于由UE接收的信号。
为了获得高增益，毫米波天线可以布置在不同尺寸的阵列中。例如，毫米波天线可以布置在1×2阵列、2×2阵列、2×4阵列或其它尺寸的阵列中。此外，毫米波天线可以在封装阵列或其它自包含模块中实现，该模块可以具有连接器引脚，用于连接到印刷电路板(printed circuit board，PCB)。或者，毫米波天线可以印刷或者以其它方式直接形成在刚性PCB上或者具有柔性、可弯曲的基板的PCB上。任何此类毫米波天线配置或配置的组合可以适合于本文所公开的组合天线系统。
图1示出了UE 100，其包括理想化描述的组合天线系统110。UE 100可以视为已切开，从而显示出UE 100的第一部分101内的组合天线系统110。UE 100中的其它部件可以包含在UE 100的第二部分102中。
在本文中，组合天线系统110和其它组合天线系统可以描述为具有sub-6GHz天线部分A 120、毫米波天线部分B 130和另一sub-6GHz天线部分C 140，其中，部分C 140是可选的，这取决于具体设计。也就是说，部分A 120为sub-6GHz天线的第一部分，部分B 130为毫米波天线，部分C 140为sub-6GHz天线的第二部分。在其它实施例中，可以使用其它数量和布置的部分。例如，在部分C 140可以不存，可以仅存在sub-6GHz天线部分A 120和毫米波天线部分B 130。在其它实施例中，部分B 130可以是相控阵列天线或者可以包括多个毫米波天线。在其它实施例中，组合天线系统110可以表示为A/B/B/B/B/C或部分的类似图案。换言之，可以存在单个部分A 120，可以存在多个部分B 130的实例，可以存在单个部分C 140。作为另一示例，多个sub-6GHz天线和多个毫米波天线可以以A/B/C/D/E等图案存在，其中，B和D是毫米波天线或天线阵列，并由sub-6GHz天线部分隔开。尽管将这些部分描绘为单独的部件，但是这些部分可以是单个天线结构内的部件。
在一个实施例中，部分A 120电感耦合到部分B 130，并且部分B 130电感耦合到部分C 140，其中，电感耦合指的是两个导体通过分立或分布式电感器彼此物理和电连接。电感耦合结构的示例包括绕线分立电感器或分布式传输线，例如1.25mm厚基板顶部的0.254mm宽、2.54mm长的带状线，其中，分布式传输线的电感大约10毫微亨。在另一实施例中，sub-6GHz部分A 120与毫米波天线部分B 130之间的耦合是具有所需sub-6Ghz带通的带通连接，或者是具有预期毫米波带阻带的带阻连接。由于部分A 120与部分B 130之间以及部分B 130与部分C 140之间的电感耦合，因此各部分之间的连接在相对较高的频率下具有相对较高的阻抗，在相对较低的频率下具有相对较低的阻抗。在本文中，在相对较高的频率下在部件之间提供相对较高的阻抗并在相对较低的频率下在部件之间提供相对较低的阻抗的部件之间的任何物理和电连接称为阻抗线。阻抗线可以是电导体和线圈(或线圈的微电子等价物)的任何组合，通过电感耦合提供期望的阻抗特性。例如，阻抗线可以是一条直线或弯曲的传输线，也可以是单层结构或通过过孔连接的多层。
在一个实施例中，阻抗线170将部分A 120物理和电连接到部分B 130，阻抗线180将部分B 130物理和电连接到部分C 140。虽然阻抗线170和180以及在本文所描述的其它附图中所示出的其它阻抗线可以描绘成单线，但是，应理解的是，阻抗线170和180以及其它阻抗线可以包括电导体和线圈(或线圈的微电子等价物)的各种组合。阻抗线170和180(建模为电感器)可以允许在一些频率下的电连接，但是可以基本上阻止在其它频率下的电连接。也就是说，由于阻抗与频率成正比，因此sub-6GHz信号和毫米波信号在通过阻抗线170和180时，会经历不同的阻抗。相对较高频率的毫米波信号在阻抗线170和180处经历相对较高的阻抗，因此有效地阻止了该信号到达部分A 120或部分C 140并从其辐射。因此，在第二馈源160处馈入的毫米波信号仅有效地从部分B 130辐射。
另一方面，相对较低频率的sub-6GHz信号在阻抗线170和180处经历相对较低的阻抗。因此，在第一馈源150馈入的sub-6GHz信号可以从部分A 120辐射，通过阻抗线170到达部分B 130，从部分B 130辐射，通过阻抗线180到达部分C 140，并从部分C 140辐射。
换言之，将毫米波天线部分B 130物理和电连接到sub-6GHz天线部分A 120和C140的阻抗线170和180可以看作低通连接或带通连接。如本领域公知的，低通连接通常包括布置在电路中的电气部件，使得频率低于截止频率的信号通过该连接，并且频率高于截止频率的信号不通过该连接。由于低通连接，sub-6GHz射频(radio frequency，RF)信号可以在毫米波天线部分B 130与sub-6GHz天线部分A 120和C 140之间通过，但是毫米波信号不能在毫米波天线部分B 130与sub-6GHz天线部分A 120和C 140之间通过。
在本文中，当提及通过连接或连接之间的信号时，应理解的是，该信号可以出现可忽略的衰减量，当提及不通过连接或连接之间的信号时，应理解的是，该信号可以衰减到可忽略的水平。换言之，即使毫米波信号经历高阻抗，但是至少一部分毫米波信号可以从部分B 130传递到部分A 120和部分C 140。可以更一般地说，毫米波信号在部分A 120、部分B130和部分C 140之间通过时的衰减比sub-6GHz信号在部分A 120、部分B 130和部分C 140之间通过时的衰减要多。也就是说，阻抗线170和180的电感耦合几乎完全阻止毫米波信号，但是对sub-6GHz信号的传输产生很小的阻抗或没有阻抗。
在一个实施例中，组合天线系统110由两个单独的馈源馈送，一个用于sub-6GHz信号，一个用于毫米波信号。也就是说，第一馈源150将sub-6GHz信号馈入部分A 120的sub-6GHz天线，第二馈源160将毫米波信号馈入部分B 130的毫米波天线。为了降低sub-6GHz系统与毫米波系统之间的耦合，毫米波天线130通过高通连接165或带通匹配电路与毫米波天线馈源160物理和电连接。如本领域公知的，高通连接通常包括布置在电路中的电气部件，使得频率高于截止频率的信号通过该连接，并且频率低于截止频率的信号不通过该连接。由于高通连接165，毫米波信号可以从毫米波天线馈源160传递到毫米波天线130，但是sub-6GHz RF信号将在毫米波天线馈源160处衰减到可忽略的水平。换言之，第二馈源160与部分B 130中的毫米波天线电容耦合(高通)，其中，电容耦合指的是两个导体通过分立或分布式电容器彼此物理和电连接。电容耦合结构的示例包括一个平面中的平行导电板、可以重叠或可以不重叠的不同平面上的平行导电板、或可以以例如方波的图案布置的叉指耦合线。由于毫米波天线馈源160与毫米波天线130之间的电容耦合，第二馈源160在相对较高的毫米波频率下具有相对较低的阻抗，在相对较低的sub-6GHz频率下具有相对较高的阻抗。因此，第二馈源160相对于部分A 120和部分C 140中的sub-6GHz天线而言实际上为开路。因此，部分B 130中的毫米波天线可以放置在包括sub-6GHz天线的天线结构内的任何地方。毫米波天线馈源160与毫米波天线130之间的电容耦合与毫米波天线馈源160和毫米波天线130的位置无关。在另一实施例中，第二馈源160与毫米波天线部分B 130之间的高通连接165是串行电感/电容(LC)谐振器(带通)，其带通在目标毫米波频段中。本领域技术人员将意识到可能适合于这种高通连接165的电感和电容值，并且本文所公开的实施例不限于高通连接165中的任何特定电感或电容值。
如上所述，部分A 120和部分C 140中的sub-6GHz天线可以发射频率在大约30MHz至大约6GHz范围内的信号，部分B 130中的毫米波天线可以发射频率在大约24GHz至大约300GHz范围内的信号。在一个实施例中，在使用电感阻抗线来耦合部分A 120与部分B 130之间的信号以及部分B 130与部分C 140之间的信号的情况下，毫米波天线以比sub-6GHz天线发射频率大至少十倍的频率进行发射。因此，对于毫米波天线，阻抗线170和180的阻抗比sub-6GHz天线大至少十倍。在另一实施例中，在采用其它带通或带阻耦合结构的情况下，在保持毫米波天线部分B 130与sub-6GHz天线部分A 120之间足够的隔离度的同时，毫米波信号频率与sub-6GHz RF信号频率的比率可以小于10。毫米波信号频率与sub-6GHz RF信号频率的实际可接受比率取决于耦合结构的频率响应。
利用上述部件的物理和电气布置，馈送到部分B 130的毫米波信号可以基本上独立于馈送到部分A 120的sub-6GHz信号进行辐射，即使部分A 120和部分B 130共用组合天线系统110的同一物理天线结构也是如此。换言之，馈送到部分B 130的毫米波信号可以几乎完全从部分B 130辐射，而从部分A 120或部分C 140辐射很少或没有毫米波信号。另一方面，馈送到部分A 120的sub-6GHz信号可以从部分A 120、部分B 130和部分C 140辐射，很少信号耦合到毫米波天线馈源160(进而到毫米波子系统)。换句话讲，组合天线系统110的辐射部分在sub-6GHz频率下可以被认为是连续的，但是部分B 130在毫米波频率下可以被认为是分立的部件。
在以本文所描述的配置将毫米波天线与sub-6GHz天线组合而形成组合天线系统110时，sub-6GHz天线的设计基本上无需进行改变，并且所得到的组合天线系统110占据的空间基本上不比仅sub-6GHz天线时大。此外，尽管sub-6GHz天线和毫米波天线位于同一物理天线结构中，但是两者的性能没有明显下降。
图2示出了另一理想化描述的组合天线系统210。组合天线系统210可以基本上类似于图1的组合天线系统110。组合天线系统210包括部分sub-6GHz天线结构220，部分sub-6GHz天线结构220可以基本上类似于图1的部分A 120。组合天线系统210还包括一个或多个毫米波天线辐射体230，该一个或多个毫米波天线辐射体230可以基本上类似于图1的部分B130。如本文所使用的，术语“辐射体”可以指能够辐射电磁波的任何部件。部分sub-6GHz天线结构220由sub-6GHz天线馈源240馈送，毫米波天线辐射体230由毫米波天线馈源250独立馈送。低通(或带通/带阻)阻抗线260物理和电连接部分sub-6GHz天线结构220和毫米波天线辐射体230，并且可以基本上类似于图1的阻抗线170和180。阻抗线260在相对较高的频率下具有相对较高的阻抗，在相对较低的频率下具有相对较低的阻抗。因此，来自sub-6GHz天线馈源240的相对较低频率的信号可以穿过阻抗线260到毫米波天线辐射体230，但是来自毫米波天线馈源250的相对较高频率的信号不能穿过阻抗线260到部分sub-6GHz天线结构220。因此，毫米波天线辐射体230相对于部分sub-6GHz天线结构220而言实际上为开路。毫米波天线辐射体230和毫米波天线馈源250通过高通(或带通)连接进行物理和电连接，高通连接在sub-6GHz频段实际上具有高阻抗，在毫米波频段实际上具有低阻抗。因此，即使部分sub-6GHz天线结构220和毫米波天线辐射体230是同一组合天线系统210中的部件，sub-6GHz天线馈源240和毫米波天线馈源250也可以基本上彼此独立地起作用。
图2的组合天线系统200可以与现有技术的双馈双频天线形成对比。在这种天线中，RF双频信号通常馈入双工器。双工器中的滤波器将RF双频信号分离为低频段馈源和高频段馈源。然后，低频段馈源和高频段馈源从共用天线辐射体一起辐射。也就是说，低频段馈源和高频段馈源基本上都从共用天线辐射体的所有部分辐射。
图3A和图3B示出毫米波天线辐射体310和毫米波天线馈源320的可能实施例。毫米波天线辐射体310和毫米波天线馈源320可以分别类似于图2中的辐射体230和馈源250，或分别类似于图1中的部分B 130和馈源160。在图3A中，多个毫米波振子天线310通过配电网络330(其为频率选择性的、高通或带通的)馈送，以传递毫米波信号并拒绝sub-6GHz RF信号。配电网络330可以是RF配电网络。馈源320的毫米波信号可以通过功分器分成两路信号，然后通过级联功分器分成四路信号。因此，如在图3A中，将毫米波功率分配到四个振子天线310中。在接收侧，通过振子天线310收集的毫米波信号可以通过功分器(合路器)进行组合，并在天线馈源处进行求和。功率分配网络330可以用于控制分配给每个振子天线310的功率。通过改变馈源320与振子天线馈源之间的路径延迟，配电网络330可以控制每个振子天线310之间的相对信号相位，从而将固定波束转向某一方向。配电网络330本质上是依赖于频率的。具有馈源320的分配网络330可以等效于图2中的馈源250或图1中的馈源160。单馈源320用于馈送到天线，该天线用作单天线。在每个振子天线310之间，使用低通(或带通)连接300，连接300在毫米波频段具有高阻抗，在sub-6GHz频段具有低阻抗。连接300可以基本上类似于图1的阻抗线170和180以及图2的阻抗线260。具有连接300的多振子天线310等效于图2中的毫米波天线辐射体230或图1中的B部分130。
在图3B中，存在多个单独馈送的天线310。每个振子天线310通过低通(或带通)连接300耦合到相邻的振子天线310。标记为340的具有连接300的多振子天线310等效于图2中的毫米波天线辐射体230或图1中的部分B 130。多个馈源320等效于图2中的馈源250或图1中的馈源160。在一个实施例中，连接300通过电感阻抗线来实现，该电感阻抗线的阻抗与频率成比例。在一个实施例中，馈源320与天线310之间或配电网络330与天线310之间的高通连接(未示出)通过电容耦合结构实现，该电容耦合结构的阻抗与频率成反比。馈源320与天线310之间或配电网络330与天线310之间的高通连接(未示出)可以基本上类似于图1的高通结构165。
图4示出了UE 400，其包括更详细地示出的组合天线系统。sub-6GHz天线410包括第一sub-6GHz天线部分420，第一sub-6GHz天线部分420可以基本上类似于图1中的部分A120。sub-6GHz天线410还包括毫米波天线阵列430，毫米波天线阵列430可以基本上类似于图1的部分B 130或图3B的结构340。在该示例中，毫米波天线阵列430中存在两个毫米波天线，但是在其它实施例中，毫米波天线阵列430中可以存在其它数量的毫米波天线。此外，毫米波天线阵列430可以具有其它布置，例如方形网格、三角形网格或六边形网格，并且所有天线振子或天线振子的一部分可以存在于阵列中。在一个实施例中，毫米波天线阵列430为贴片天线。在另一实施例中，毫米波天线阵列430为单极天线。毫米波天线阵列430中的两个毫米波天线通过阻抗线450彼此耦合，阻抗线450的阻抗与频率成比例。sub-6GHz天线410还包括第二sub-6GHz天线部分440，第二sub-6GHz天线部分440可以基本上类似于图1中的部分C 140。第一sub-6GHz天线部分420通过阻抗线450连接到毫米波天线阵列430，毫米波天线阵列430通过阻抗线450连接到第二sub-6GHz天线部分440，阻抗线450可以基本上类似于图1的阻抗线170和180。第一sub-6GHz天线部分420由sub-6GHz天线馈源460馈送，该sub-6GHz天线馈源460可以基本上类似于图1的第一馈源150。毫米波天线阵列430由毫米波天线振子馈源470馈送，毫米波天线振子馈源470可以基本上类似于图1的第二馈源160或图3B中的馈源320。
第一sub-6GHz天线部分420、毫米波天线阵列430、第二sub-6GHz天线部分440和阻抗线450的组合可以被视为基本上类似于图1的组合天线系统110。或者，毫米波天线阵列430可以视为位于sub-6GHz天线410内，并且通过阻抗线450连接到sub-6GHz天线410的第一sub-6GHz天线部分420和sub-6GHz天线410的第二sub-6GHz天线部分440。
图5示出了UE 500，其包括具有与图4中不同的形状的部件的组合天线系统510。组合天线系统510包括第一sub-6GHz天线部分520，第一sub-6GHz天线部分520可以支持多个sub-6GHz频段，并且第一sub-6GHz天线部分520可以基本上类似于图1的部分A 120。组合天线系统510还包括毫米波天线阵列530，毫米波天线阵列530可以基本上类似于图1的部分B130或图3B的结构340。组合天线系统510还包括第二sub-6GHz天线部分540，第二sub-6GHz天线部分540可以基本上类似于图1中的部分C 140。第一sub-6GHz天线部分520通过阻抗线550连接到毫米波天线阵列530，毫米波天线阵列530通过阻抗线450连接到第二sub-6GHz天线部分540，阻抗线450可以基本上类似于图1的阻抗线170和180。
图6示出了UE 600，其包括具有与之前的附图中不同的布置的部件的组合天线系统610。组合天线系统610包括毫米波天线阵列620，毫米波天线阵列620可以基本上类似于图1的部分B 130或图3B的结构340。在该示例中，毫米波天线阵列620是2×2阵列，但是只有两个振子天线用作sub-6GHz天线辐射体。两个毫米波天线通过阻抗线彼此耦合，阻抗线的阻抗与频率成正比。组合天线系统610还包括Wi-Fi 5GHz天线630，Wi-Fi 5GHz天线630可以基本上类似于图1的部分A 120。组合天线系统610还包括sub-6GHz天线部分640，sub-6GHz天线部分640可以基本上类似于图1的部分C 140。组合天线系统610还包括Wi-Fi 5GHz天线接地端650。毫米波天线阵列620、Wi-Fi 5GHz天线630、sub-6GHz天线部分640和Wi-Fi 5GHz天线接地端650可以一起用作sub-6GHz频率的倒F型天线(inverted-F type antenna，IFA)。尽管图中未示出，但是毫米波天线阵列620可以通过阻抗线物理和电连接到Wi-Fi5GHz天线630和sub-6GHz天线部分640，该阻抗线基本上类似于图1的阻抗线170和180以及图2的阻抗线260。
图7示出了UE 700，其包括具有毫米波天线和sub-6GHz天线部分的组合天线系统710，毫米波天线和sub-6GHz天线部分的布置与图6中的那些不同。组合天线系统710包括毫米波天线阵列720，毫米波天线阵列620可以基本上类似于图1的部分B 130或图3B的结构340。在本示例中，毫米波天线阵列720为1×3阵列。组合天线系统710还包括Wi-Fi 5GHz天线730，Wi-Fi 5GHz天线730可以基本上类似于图1的部分A 120和部分C 140。在本示例中，Wi-Fi 5GHz天线730为环形天线。尽管图中未示出，但是毫米波天线阵列720可以通过阻抗线物理和电连接到Wi-Fi 5GHz天线730，该阻抗线基本上类似于图1的阻抗线170和180以及图2的阻抗线260。
图8示出了UE 800，其包括另一组合天线系统。在该示例中，仅示出了组合天线系统的毫米波天线阵列部分810和阻抗线部分820。该图旨在说明毫米波天线阵列810和阻抗线820可位于UE 800内的示例位置，因此未详细示出毫米波天线阵列810和阻抗线820。毫米波天线阵列部分810可以是电容馈电的寄生贴片元件。毫米波馈电结构可以不是sub-6GHz辐射体的一部分。毫米波元件贴片通过阻抗线820连接，阻抗线820的阻抗与频率成比例。框架830环绕UE 800，在该示例中，毫米波天线阵列810和阻抗线820嵌入或以其它方式设置在框架830内部。虚线840表示sub-6GHz天线辐射体，并指示框架830在sub-6GHz频率和毫米波频率下同时辐射。在一个实施例中，代替毫米波天线阵列810或除了毫米波天线阵列810之外，sub-6Ghz天线可以以这种方式设置在UE 800中。
图9示出了包括另一组合天线系统的UE 900。在该示例中，再次仅示出了组合天线系统的毫米波天线阵列部分910和阻抗线部分920。该图旨在说明毫米波天线阵列910和阻抗线920可位于UE 900内的另一示例位置，因此未详细示出毫米波天线阵列910和阻抗线920。在该示例中，毫米波天线阵列910和阻抗线920印刷在UE 900中的PCB 930上。UE 900的结构件与PCB 930之间的电连接可以通过c-clip实现。例如，c-clip可以连接到UE 900的框架，其焊盘可以连接到PCB 930上的走线。虚线940也表示sub-6GHz天线辐射体，并指示组合天线系统在sub-6GHz频率和毫米波频率下同时辐射。在一个实施例中，代替毫米波天线阵列910或除了毫米波天线阵列910之外，sub-6Ghz天线可以以这种方式设置在UE 900中。
图10A为组合天线系统(例如图4的组合天线系统410)的天线损耗的图1000。图10B为组合天线系统(例如图4的组合天线系统410)的天线效率的图1050。
图11为组合天线系统中的端口之间的隔离度的图1100，例如图1的第一馈源150与第二馈源160之间的隔离度。可见，端口之间的耦合很小，在sub-6GHz频率下，毫米波端口就像开路一样。
图12A为组合天线系统(例如图5的组合天线系统510)的sub-6GHz天线部分的性能方面的图1200。图12B为组合天线系统(例如图5的组合天线系统510)的sub-6GHz天线部分的性能的另一方面的图1250。
从图中可见，sub-6GHz天线和毫米波天线存在于在同一物理天线结构中对两个天线的性能没有显著的负面影响。
图13为用于从天线系统发射或接收的方法1300的流程图。在框1310中，从第一馈源接收的或发射到第一馈源的第一信号是从天线系统的第一天线部分接收的或发射到天线系统的第一天线部分的，第一信号的频率在30MHz至6GHz的范围内。在框1320中，从第二馈源接收的或发射到第二馈源的第二信号是从天线系统的第二天线部分接收的或发射到天线系统的第二天线部分的，第二信号的频率在24GHz至300GHz的范围内。第二天线部分电容耦合到第二馈源并感应耦合到第一天线部分。
虽然已参考说明性实施例描述了本公开，但是此描述并不意图限制本公开。本领域技术人员在参考该描述后，将会明白说明性实施例的各种修改和组合以及本公开的其它实施例。因此，所附权利要求书意图涵盖任何此类修改或实施例。

Claims (33)

1.一种天线系统，其特征在于，所述天线系统包括：
第一天线部分，所述第一天线部分用于发射从第一馈源接收的第一信号；
第二天线部分，所述第二天线部分用于发射从第二馈源接收的第二信号，所述第二天线部分电容耦合到所述第二馈源并电感耦合到所述第一天线部分，所述第二天线用于发射频率大于所述第一信号的频率的所述第二信号。
2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第二天线部分经由包括分立或分布式电容器的电容耦合结构电容耦合到所述第二馈源。
3.根据权利要求2所述的天线系统，其特征在于，所述电容耦合结构包括一个平面中的平行导电板、不同平面上的平行导电板或叉指耦合线。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线系统，其特征在于，所述第二天线部分经由包括分立或分布式电感器的电感耦合结构电感耦合到所述第一天线部分。
5.根据权利要求4所述的天线系统，其特征在于，所述电感耦合结构包括绕线分立电感器或基板上的分布式传输线。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的天线系统，其特征在于，所述第一信号的频率在大约30兆赫至大约6千兆赫(gigahertz，GHz)的范围内。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的天线系统，其特征在于，所述第二信号的频率在大约24GHz至大约300GHz的范围内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的天线系统，其特征在于，所述第二信号的频率比所述第一信号的频率大至少十倍。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的天线系统，其特征在于，所述天线系统还包括第三天线部分，所述第三天线部分电感耦合到所述第二天线部分并用于发射所述第一信号，所述第一信号由所述第三天线部分经由所述第一天线部分和所述第二天线部分接收。
10.根据权利要求9所述的天线系统，其特征在于，所述第一天线部分和所述第二天线部分之间以及所述第二天线部分和所述第三天线部分之间的电感耦合产生阻抗，所述阻抗对所述第二信号在所述第一天线部分、所述第二天线部分和所述第三天线部分之间的传输的限制超过了对所述第一信号在所述第一天线部分、所述第二天线部分和所述第三天线部分之间的传输的限制。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的天线系统，其特征在于，所述第一天线部分为以下至少一项：
设置在包括所述天线系统的设备的框架内；或者
设置在包括所述天线系统的设备内的刚性或柔性电路板上。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的天线系统，其特征在于，所述第二天线部分为以下至少一项：
设置在包括所述天线系统的设备的框架内；或者
设置在包括所述天线系统的设备内的刚性或柔性电路板上。
13.一种用于从天线系统发射或接收的方法，其特征在于，所述方法包括：
从所述天线系统的第一天线部分接收第一信号或者将第一信号发射到所述天线系统的第一天线部分，其中，所述第一信号是从第一馈源接收的或发射到所述第一馈源的，所述第一信号的频率在大约30兆赫至大约6千兆赫(gigahertz，GHz)的范围内；
从所述天线系统的第二天线部分接收第二信号或者将第二信号发射到所述天线系统的第二天线部分，其中，所述第二信号是从第二馈源接收的或发射到所述第二馈源的，所述第二信号的频率在大约24GHz至大约300GHz的范围内，所述第二天线部分电容耦合到所述第二馈源并电感耦合到所述第一天线部分。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二天线部分经由包括分立或分布式电容器的电容耦合结构电容耦合到所述第二馈源。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述电容耦合结构包括一个平面中的平行导电板、不同平面上的平行导电板或叉指耦合线。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二天线部分经由包括分立或分布式电感器的电感耦合结构电感耦合到所述第一天线部分。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述电感耦合结构包括绕线分立电感器或基板上的分布式传输线。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其特征在于，以比所述第一信号的频率大至少十倍的频率发射或接收所述第二信号。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括从所述天线系统的第三天线部分发射所述第一信号，所述第三天线部分电感耦合到所述第二天线部分，所述第一信号由所述第三天线部分经由所述第一天线部分和所述第二天线部分接收。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一天线部分和所述第二天线部分之间以及所述第二天线部分和所述第三天线部分之间的电感耦合产生阻抗，所述阻抗对所述第二信号在所述第一天线部分、所述第二天线部分和所述第三天线部分之间的传输的限制超过了对所述第一信号在所述第一天线部分、所述第二天线部分和所述第三天线部分之间的传输的限制。
21.根据权利要求13至20中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一天线部分为以下至少一项：
设置在包括所述天线系统的设备的框架内；或者
形成在包括所述天线系统的设备内的刚性或柔性电路板上。
22.根据权利要求13至21中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二天线部分为以下至少一项：
设置在包括所述天线系统的设备的框架内；或者
形成在包括所述天线系统的设备内的刚性或柔性电路板上。
23.一种天线系统，其特征在于，所述天线系统包括：
第一天线部分，所述第一天线部分用于发射从第一馈源接收的第一信号；
第二天线部分，所述第二天线部分用于发射从第二馈源接收的第二信号，所述第二天线部分电容耦合到所述第二馈源并电感耦合到所述第一天线部分，所述第二信号的频率大于所述第一信号的频率；
第三天线部分，所述第三天线部分电感耦合到所述第二天线部分并用于发射所述第一信号，所述第一信号由所述第三天线部分经由所述第一天线部分和所述第二天线部分接收。
24.根据权利要求23所述的天线系统，其特征在于，所述第二天线部分经由包括分立或分布式电容器的电容耦合结构电容耦合到所述第二馈源。
25.根据权利要求24所述的天线系统，其特征在于，所述电容耦合结构包括一个平面中的平行导电板、不同平面上的平行导电板或叉指耦合线。
26.根据权利要求23所述的天线系统，其特征在于，所述第二天线部分经由包括至少一个分立或分布式电感器的第一电感耦合结构电感耦合到所述第一天线部分，所述第二天线部分经由包括至少一个分立电感器或分布电感器的第二电感耦合结构电感耦合到所述第三天线部分。
27.根据权利要求26所述的天线系统，其特征在于，所述第一电感耦合结构或所述第二电感耦合结构中的至少一个电感耦合结构包括绕线分立电感器或基板上的分布式传输线。
28.根据权利要求23至27中任一项所述的天线系统，其特征在于，所述第一信号为sub-6千兆赫信号。
29.根据权利要求23至28中任一项所述的天线系统，其特征在于，所述第二信号为毫米波信号。
30.根据权利要求23至29中任一项所述的天线系统，其特征在于，所述第二信号的频率比所述第一信号的频率大至少十倍。
31.根据权利要求23至30中任一项所述的天线系统，其特征在于，所述第一天线部分和所述第二天线部分之间以及所述第二天线部分和所述第三天线部分之间的电感耦合产生阻抗，所述阻抗对所述第二信号在所述第一天线部分、所述第二天线部分和所述第三天线部分之间的传输的限制超过了对所述第一信号在所述第一天线部分、所述第二天线部分和所述第三天线部分之间的传输的限制。
32.根据权利要求23至31中任一项所述的天线系统，其特征在于，所述第一天线部分为以下至少一项：
设置在包括所述天线系统的设备的框架内；或者
设置在包括所述天线系统的设备内的刚性或柔性电路板上。
33.根据权利要求23至32中任一项所述的天线系统，其特征在于，所述第二天线部分为以下至少一项：
设置在包括所述天线系统的设备的框架内；或者
设置在包括所述天线系统的设备内的刚性或柔性电路板上。
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