CN113659337A - 天线装置、电子设备和用于天线装置的去耦方法 - Google Patents

天线装置、电子设备和用于天线装置的去耦方法 Download PDF

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CN113659337A CN202010398727.5A CN202010398727A CN113659337A CN 113659337 A CN113659337 A CN 113659337A CN 202010398727 A CN202010398727 A CN 202010398727A CN 113659337 A CN113659337 A CN 113659337A
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Abstract

本申请提供一种天线装置、电子设备和用于天线装置的去耦方法。该天线装置包括：第一天线单元和第二天线单元；第一去耦网络和第二去耦网络，均具有输入端口、输出端口、第一连接端口和第二连接端口；第一去耦网络的输出端口连接第一天线单元，第一去耦网络的输入端口用于连接第一馈源；第二去耦网络的输出端口连接第二天线单元，第二去耦网络的输入端口用于连接第二馈源；第一去耦传输线，连接第一去耦网络的第一连接端口与第二去耦网络的第一连接端口；第二去耦传输线，连接第一去耦网络的第二连接端口与第二去耦网络的第二连接端口。第一去耦传输线和该第二去耦传输线的至少一个中设置有移相器。本申请可灵活地提高多天线系统的隔离度。

Description

天线装置、电子设备和用于天线装置的去耦方法
技术领域
本申请涉及天线去耦技术领域，具体涉及一种天线装置、电子设备和用于天线装置的去耦方法。
背景技术
天线可以高效地发射与接收电磁波，是无线通信系统中不可或缺的重要组成部分。然而，随着科学技术的进步，单个天线难以满足日益增高的性能需求。为了解决单个天线的方向性较差和辐射增益较低等问题，可将若干个辐射特性相同的天线单元按照一定的几何结构排列起来组成阵列天线，从而增强阵列天线的辐射性能，产生较为灵活的方向图，以满足不同场景的需求。
发明内容
本申请一个方面提供一种天线装置，其包括：相邻设置的第一天线单元和第二天线单元；第一去耦网络，所述第一去耦网络具有输入端口、输出端口、第一连接端口和第二连接端口；所述输出端口连接所述第一天线单元，所述输入端口用于连接第一馈源；第二去耦网络，所述第二去耦网络具有输入端口、输出端口、第一连接端口和第二连接端口；所述第二去耦网络的输出端口连接所述第二天线单元，所述第二去耦网络的输入端口用于连接第二馈源；第一去耦传输线，所述第一去耦传输线连接所述第一去耦网络的第一连接端口与所述第二去耦网络的第一连接端口；第二去耦传输线，所述第二去耦传输线连接所述第一去耦网络的第二连接端口与所述第二去耦网络的第二连接端口。所述第一去耦传输线和所述第二去耦传输线的至少一个中设置有移相器。
在另一方面，本申请还提供一种电子设备，其包括：壳体；显示屏组件，与所述壳体连接，并与所述壳体形成容置空间；馈源，设置在所述容置空间内；以及天线装置，至少部分设置在所述容置空间内。所述天线装置包括：多个天线单元；多个去耦网络，与所述多个天线单元一一对应，其中，每个去耦网络均具有输入端口、输出端口、第一连接端口和第二连接端口；所述输出端口与对应的天线单元连接，所述输入端口与所述馈源连接；第一去耦传输线，所述第一去耦传输线连接在相邻的所述去耦网络的第一连接端口之间；第二去耦传输线，所述第二去耦传输线连接在相邻的所述去耦网络的第二连接端口之间。所述第一去耦传输线和所述第二去耦传输线的至少一个中设置有移相器。
在又一方面，本申请还提供一种用于天线装置的去耦方法，所述天线装置包括：相邻设置的第一天线单元和第二天线单元；第一去耦网络，所述第一去耦网络具有输入端口、输出端口、第一连接端口和第二连接端口；所述输出端口连接所述第一天线单元，所述输入端口用于连接第一馈源；第二去耦网络，所述第二去耦网络具有输入端口、输出端口、第一连接端口和第二连接端口；所述第二去耦网络的输出端口连接所述第二天线单元，所述第二去耦网络的输入端口用于连接第二馈源；第一去耦传输线，所述第一去耦传输线连接所述第一去耦网络的第一连接端口与所述第二去耦网络的第一连接端口；以及第二去耦传输线，所述第二去耦传输线连接所述第一去耦网络的第二连接端口与所述第二去耦网络的第二连接端口；其中，所述第一去耦传输线和所述第二去耦传输线的至少一个中设置有移相器；所述去耦方法包括：通过调整所述移相器的相位来调整所述第一天线单元和第二天线单元之间的耦合度。
本申请由于在所述第一去耦传输线和所述第二去耦传输线的至少一个中设置有移相器，因此通过改变移相器的相位，以及调节与移相器连接的这些去耦传输线的相位积累，可改变天线单元之间的耦合度，实现天线单元之间去耦的可调化。基于这些方法，可以灵活地提高天线装置和电子设备的隔离度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1是本申请实施例的电子设备的结构示意图；
图2是本申请实施例的用于阵列天线的去耦原理示意图；
图3是本申请实施例的第一种用于阵列天线的去耦结构示意图；
图4是本申请实施例的第一去耦网络的结构示意图；
图5是本申请实施例的第二去耦网络的结构示意图；
图6是本申请实施例的第二种用于阵列天线的去耦结构示意图；
图7是本申请实施例的第三种用于阵列天线的去耦结构示意图；
图8是本申请实施例的第四种用于阵列天线的去耦结构示意图；
图9是本申请实施例的用于阵列天线的去耦方法的流程示意图；
图10是本申请实施例的电子设备的立体结构示意图。
图11是本申请实施例的天线装置的立体视图；
图12是图11的天线装置的俯视图；
图13是图11的天线装置的仰视图；
图14是图13的天线装置的局部示意图，其显示了天线装置的第一去耦网络和第二去耦网络以及连接在他们之间的第一去耦传输线和第二去耦传输线的布置；
图15是本申请实施例的天线装置的层状结构示意图，其中显示了两个天线单元；
图16是本申请另一实施例的天线装置的示意图。
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，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，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。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
阵列天线，尤其是小间距阵列天线，存在着互耦较强的问题。天线单元间的互耦在很大程度上影响天线单元及其阵列的匹配特性和空间辐射特性，具体表现为以下几点。
(1)方向图：天线单元上的电流在互耦作用下其分布发生了改变，导致部分辐射能量进一步耦合到其他天线单元，其中一部分耦合能量被端接负载吸收而消耗，而另一部分能量又会再次辐射。所以，天线单元的方向图会发生畸变。此处所述的端接负载是天线馈源后端等效出来的一个参数；在画等效电路时，可将天线馈源的整个后端用一个电阻来代替，并可称为端接负载。
(2)输入阻抗：受到互耦影响，阵列中天线单元的输入阻抗会发生改变，并与孤立环境中天线单元的输入阻抗不同，因此各阵列中天线单元的匹配情况不同并且匹配特性会受到影响。
(3)增益：在天线单元中存在热损耗以及特性阻抗不匹配引起的反射损耗等，从而使得天线单元的辐射功率比发射功率要小，反射系数在互耦的作用下会发生变化，故天线单元的增益受到影响。
在相关技术中，解决互耦效应对天线单元的方向图、输入阻抗、增益等特性的影响方面，通常采用以下五种方法：缺陷地结构(DGS-Defected Ground Structure)去耦法、中和线法(NLT-Neutralization Line Technique)去耦法、带阻滤波去耦法、电磁带隙结构(EBG,Electromagnetic Band Gap)去耦法、超材料去耦法(MDT,Metamaterial DecouplingTechnique)。
然而，上述方法都是针对天线单元间耦合消除方法的研究，未能对天线单元间耦合效应进行精确定义与控制。
本申请提供了一种电子设备，该电子设备的阵列天线可以对天线单元间的耦合效应进行自定义，并通过耦合效应的设计实现对天线单元的辐射方向图的控制，例如拓宽扫描角、提升扫描增益、消除扫描盲区等。
该电子设备可以是手机、平板电脑、PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)、POS(Point of Sales，销售终端)、车载电脑、CPE(Customer Premise Equipment，客户前置设备)等终端设备。以下以手机作为示例对本申请进行介绍。
如图1所示，手机100可以包括：RF(Radio Frequency，射频)电路101、存储器102、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)103、外设接口104、音频电路105、扬声器106、电源管理芯片107、输入/输出(I/O)子系统108、触摸屏109、其他输入/控制设备110以及外部端口111，这些部件通过一个或多个通信总线或信号线112来通信。
应该理解的是，图示手机仅仅是电子设备的一个范例，并且手机100可以具有比图中所示出的更多的或者更少的部件，可以组合两个或更多的部件，或者可以具有不同的部件配置。图中所示出的各种部件可以在包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路在内的硬件、软件、或硬件和软件的组合中实现。
下面结合图1对手机100的各个构成部件进行具体的介绍。
射频(RF)电路101主要用于建立手机与无线网络(即网络侧)的通信，实现手机与无线网络的数据接收和发送。例如收发短信息、电子邮件等。具体地，RF电路101接收并发送RF信号，RF信号也称为电磁信号，RF电路101将电信号转换为电磁信号或将电磁信号转换为电信号，并且通过该电磁信号与通信网络以及其他设备进行通信。RF电路101可以包括用于执行这些功能的已知电路，其包括但不限于具有天线阵列的天线系统、RF收发机、一个或多个放大器、调谐器、一个或多个振荡器、数字信号处理器、CODEC(COder-DECoder，编译码器)芯片组、用户标识模块(Subscriber Identity Module，SIM)等等。
存储器102可以被CPU 103、外设接口104等访问，所述存储器102可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如一个或多个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
中央处理器103通过运行存储在存储器102的软件程序以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理。
外设接口104可以将设备的输入和输出外设连接到CPU 103和存储器102。
I/O子系统108可以将设备上的输入输出外设，例如触摸屏109和其他输入/控制设备110，连接到外设接口104。I/O子系统108可以包括显示控制器1081和用于控制其他输入/控制设备110的一个或多个输入控制器1082。其中，一个或多个输入控制器1082从其他输入/控制设备110接收电信号或者向其他输入/控制设备110发送电信号，其他输入/控制设备110可以包括物理按钮(按压按钮、摇臂按钮等)、拨号盘、滑动开关、操纵杆、点击滚轮。值得说明的是，输入控制器1082可以与以下任一个连接：键盘、红外端口、USB接口以及诸如鼠标的指示设备。
触摸屏109是用户终端与用户之间的输入接口和输出接口，将可视输出显示给用户，可视输出可以包括图形、文本、图标、视频等。
I/O子系统108中的显示控制器1081从触摸屏109接收电信号或者向触摸屏109发送电信号。触摸屏109检测触摸屏上的接触，显示控制器1081将检测到的接触转换为与显示在触摸屏109上的用户界面对象的交互，即实现人机交互，显示在触摸屏109上的用户界面对象可以是运行游戏的图标、联网到相应网络的图标等。值得说明的是，设备还可以包括光鼠，光鼠是不显示可视输出的触摸敏感表面，或者是由触摸屏形成的触摸敏感表面的延伸。
音频电路105主要用于从外设接口104接收音频数据，将该音频数据转换为电信号，并且将该电信号发送给扬声器106。
扬声器106用于将手机100通过RF电路101从无线网络接收的语音信号，还原为声音并向用户播放该声音。
电源管理芯片107用于为CPU 103、I/O子系统108及外设接口104所连接的硬件进行供电及电源管理。
以下针对该电子设备的RF电路101的天线系统中的阵列天线进行介绍。该阵列天线通常包括多个紧密布置的天线单元。在至少两个相邻的天线单元中，每个天线单元与馈源之间均通过去耦网络连接。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本实施例以两个相邻的天线单元10和20作为示例来对本申请进行介绍。如图2所示，其是本申请实施例的用于阵列天线的去耦原理示意图，该阵列天线包括相邻的天线单元10和天线单元20。天线单元10和天线单元20的辐射特性可以相同也可以不同。天线单元10可以从电子设备的馈源(射频收发器)接收激励电流，经放大、滤波、匹配调谐后激励天线单元10谐振于对应频率，从而产生对应频率的电磁波信号，与自由空间相同频率的电磁波信号耦合实现信号发射。天线单元10还可以在激励信号的激励下谐振于对应频率的天线单元耦合来自自由空间相同频率的电磁波信号，从而在天线单元10上形成感应电流，该感应电流经滤波、放大后进入射频收发器。
相邻的两个天线单元10和20所对应的去耦网络之间相互连接，其中天线单元10对应的是第一去耦网络31，天线单元20对应的是第二去耦网络31’。第一去耦网络31和第二去耦网络31’均为四端口网络。第一去耦网络31具有连接馈源的输入端口(a1,b1)、连接天线单元10的输出端口(a2,b2)以及用于连接第二去耦网络31’的第一连接端口(a3,b3)和第二连接端口(a4,b4)。第二去耦网络31’具有连接馈源的输入端口(a’1,b’1)、连接天线单元20的输出端口(a’2,b’2)以及用于连接第一去耦网络31的第一连接端口(a’3,b’3)和第二连接端口(a’4,b’4)。长度为d1的传输线可形成输出端口(a2,b2)，并且具有特性阻抗Z0；长度为d2的传输线可形成输出端口(a’2,b’2)，并且具有特性阻抗Z0。长度为d3的第一去耦传输线连接第一去耦网络31的第一连接端口(a3,b3)与第二去耦网络31’的第一连接端口(a’3,b’3)，并且具有特性阻抗Z3；长度为d4的第二去耦传输线连接第一去耦网络31的第二连接端口(a4,b4)与第二去耦网络31’的第二连接端口(a’4,b’4)，并且具有特性阻抗Z4。另外，a1，a2，a’1，a’2，a3，a4，a’3，a’4是入射电压波振幅，b1，b2，b’1，b’2，b3，b4，b’3，b’4是反射电压波振幅。值得一提的是，本申请实施例中的“输入端口”和“输出端口”均只是从天线单元10发射信号的角度进行命名。可以理解地，天线单元10还可以接收信号，此时，上述“输出端口”可以作为输入端口，上述“输入端口”则可以作为输出端口，即，本申请的“输入端口”和“输出端口”的命名并不对端口的属性构成限定。还需要指出的是，图2中长度为d1的传输线一侧还显示了具有特性阻抗Z0的传输线，但这两条传输线在实物上对应的是同一条导线；同样地，长度为d2的传输线、长度为d3的第一去耦传输线和长度为d4的第二去耦传输线也应如此理解。特性阻抗Z3、特性阻抗Z4可设置成与特性阻抗Z0相等。另外，该特性阻抗Z0通常是预先设定的，例如设定成50Ω。
如图3所示，其是本申请实施例的第一种用于阵列天线的去耦结构示意图，其中至少第一去耦网络31、第二去耦网络31’以及连接在其间的第一去耦传输线33和第二去耦传输线34可组成本申请用于阵列天线的去耦结构。另外，该去耦结构和与之连接的阵列天线也可形成本申请的天线装置。
下文对图3和图4中天线单元10对应的第一去耦网络31的示例进行具体介绍。可以理解的是，天线单元20对应的第二去耦网络31’可以与天线单元10对应的第一去耦网络31相同。
具体地，如图3和图4所示，第一去耦网络31为四端口网络。在一实施例中，该四端口网络为定向耦合器，其可包括定向耦合器主体310和从该定向耦合器主体310伸出的四条传输线。这四条传输线包括第一传输线311、第二传输线312、第三传输线313和第四传输线314。另外，该定向耦合器的第一连接端口(a3,b3)可为耦合端口或隔离端口；相应地，该定向耦合器的第二连接端口(a4,b4)可为隔离端口或耦合端口。
该定向耦合器主体310可包括第五传输线315、第六传输线316、第七传输线317和第八传输线318。该第五传输线315、第六传输线316、第七传输线317和第八传输线318首尾顺次连接成多边形，以形成一回路。
其中，第一传输线311的第一端与第五传输线315的第一端连接，第一传输线311的第二端形成与馈源40连接的输入端口。第二传输线312的第一端与第五传输线315的第二端连接，第二传输线312的第二端形成与天线单元10连接的输出端口。第三传输线313的第一端与第七传输线317的第一端连接，第三传输线313的第二端形成与第一去耦传输线33的第一端连接的第一连接端口。第四传输线314的第一端与第七传输线317的第二端连接，第四传输线314的第二端形成与第二去耦传输线34的第一端连接的第二连接端口。在此指出，文中所述的某一传输线的第一端和第二端指的是该传输线的两个相对末端。
第三传输线313和第四传输线314可设计成具有较短长度，例如，第三传输线313和第四传输线314的长度仅能与第一去耦传输线33和第二去耦传输线34连接即可，而不再具有冗余长度。这可降低对第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的长度设计的影响。
第五传输线315和第七传输线317的特性阻抗可设计为Z1，第六传输线316和第八传输线318的特性阻抗可设计为Z2。另外，第五传输线315、第六传输线316、第七传输线317和第八传输线318的长度均可设置为(1/4)λ，其中λ为波长。
如图3和图5所示，天线单元20对应的第二去耦网络31’可以与上述的第一去耦网络31相同。具体而言，第二去耦网络31’为四端口网络。在一实施例中，该四端口网络为定向耦合器，其可包括定向耦合器主体310’和从该定向耦合器主体310’伸出的四条传输线。这四条传输线包括第一传输线311’、第二传输线312’、第三传输线313’和第四传输线314’。另外，该定向耦合器的第一连接端口(a’3,b’3)可为耦合端口或隔离端口；相应地，该定向耦合器的第二连接端口(a’4,b’4)可为隔离端口或耦合端口。
该定向耦合器主体310’可包括第五传输线315’、第六传输线316’、第七传输线317’和第八传输线318’。该第五传输线315’、第六传输线316’、第七传输线317’和第八传输线318’首尾顺次连接，以形成一回路。
其中，第一传输线311’的第一端与第五传输线315’的第一端连接，第一传输线311’的第二端形成与馈源40’连接的输入端口。第二传输线312’的第一端与第五传输线315’的第二端连接，第二传输线312’的第二端形成与天线单元20连接的输出端口。第三传输线313’的第一端与第七传输线317’的第一端连接，第三传输线313’的第二端形成与第一去耦传输线33的第二端连接的第一连接端口。第四传输线314’的第一端与第七传输线317’的第二端连接，第四传输线314’的第二端形成与第二去耦传输线34的第二端连接的第二连接端口。馈源40和馈源40’可是同一个馈源。
第三传输线313’和第四传输线314’可设计成具有较短长度，例如，第三传输线313’和第四传输线314’的长度仅能与第一去耦传输线33和第二去耦传输线34连接即可，而不再具有冗余长度。这可降低对第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的长度设计的影响。
第五传输线315’和第七传输线317’的特性阻抗可设计为Z1，第六传输线316’和第八传输线318’的特性阻抗可设计为Z2。另外，第五传输线315’、第六传输线316’、第七传输线317’和第八传输线318’的长度均可设置为(1/4)λ。
再结合图3所示，第一去耦传输线33和第二去耦传输线34均连接在第一去耦网络31和第二去耦网络31’之间。具体而言，第一去耦传输线33的第一端连接第一去耦网络31的第一连接端口，也就是连接第三传输线313的第二端；第一去耦传输线33的第二端连接第二去耦网络31’的第一连接端口，也就是连接第三传输线313’的第二端。类似地，第二去耦传输线34的第一端连接第一去耦网络31的第二连接端口，也就是连接第四传输线314的第二端；第二去耦传输线34的第二端连接第二去耦网络31’的第二连接端口，也就是连接第四传输线314’的第二端。
在图3至图5中，第一传输线311、第二传输线312、第三传输线313、第四传输线314、第一传输线311’、第二传输线312’、第三传输线313’、第四传输线314’、第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的特性阻抗可设计为Z0。另外，第一去耦传输线33的长度可设为d3，第二去耦传输线34的长度可设为d4。
在此指出，本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
第一去耦传输线33和第二去耦传输线34用于传输信号以抵消两个天线单元10、20之间的互耦。其中，两个天线单元10、20之间的耦合度D1可以通过第一去耦网络31和第二去耦网络31’的散射参数(即，S参数)以及第一去耦传输线33与第二去耦传输线34的长度d3和d4来进行定义。例如，如果要求两个天线单元10、20之间的耦合度D1达到预设耦合度，则可以将四端口网络的S参数和第一去耦传输线33与第二去耦传输线34的长度d3，d4配置为使天线单元10、20之间的耦合度D1满足预设的耦合度。在此指出，两个天线单元10、20之间的耦合度D1与两个天线单元10、20之间的隔离度成反比关系；也就是说，两个天线单元10、20之间的隔离度越高，则两个天线单元10、20之间的耦合度D1越低。
容易明白的是，当第一去耦网络31和第二去耦网络31’采用相同的结构时，他们的S参数也是相同的。从而，在第一去耦网络31和第二去耦网络31’相同的情况下，两个天线单元10、20之间的耦合度D1与第一去耦网络31的S参数以及第一去耦传输线33与第二去耦传输线34的长度d3，d4之间的关系可以通过以下方式获得。
第一去耦网络31的S参数的矩阵S0为：
Figure BDA0002488505620000091
其中，S12、S13、S31是第一去耦网络31为四端口网络时的其中三个S参数，具体而言，这三个S参数均是互耦系数，又可称耦合系数。
在参考面Ⅲ处(该参考面Ⅲ可通过数学推导选定)，第一去耦网络31的第一连接端口和第二连接端口分别连接了长度为d3和d4的第一去耦传输线33和第二去耦传输线34，故第一去耦网络31的S参数的矩阵S可由式(1)中的S参数演算得到：
Figure BDA0002488505620000092
其中，e为自然常数，j为虚数的表示符号，k为波数，且式(1)中的S31等于式(2)中的S13。
第一去耦网络31与第二去耦网络31’未连接前组成一个八端口网络，其S参数的关系式为：
Figure BDA0002488505620000101
式(3)中，a1-a’4是入射电压波振幅，b1-b’4是反射电压波振幅。
其中：
Figure BDA0002488505620000102
将式(3)中的矩阵写为分块矩阵形式：
Figure BDA0002488505620000103
其中，S11、S22、S21是四端口网络的其中三个S参数，且S11是反射系数，S21是互耦系数。
写成方程组形式：
Figure BDA0002488505620000104
由式(6)可将式(4)简写为：
[a2]＝[Γ]·[b2] (7)
将式(7)代入式(6)可知：
Figure BDA0002488505620000105
由式(8)中第②式可得：
[b2]＝{E-[S22][Γ]}-1[S21][a1] (9)
式(9)中，E代表单位矩阵。
将式(9)代入式(8)中第①式可得：
[b1]＝[S11][a1]+[S12][Γ]{E-[S22][Γ]}-1[S21][a1] (10)
由式(10)可得到，第一去耦网络31和第二去耦网络31’之间通过第一去耦传输线33和第二去耦传输线34连接后形成的新的四端口网络(1、2、1’、2’)的S参数的矩阵SFour-port为：
SFour-port＝[S11]+[S12][Γ]{E-[S22][Γ]}-1[S21] (11)
在此指出，这里的新的四端口网络的四个端口是指第一去耦网络31和第二去耦网络31’连接后，组成的整体对外的四个端口(a1,b1)、(a2,b2)、(a’1,b’1)和(a’2,b’2)。
将式(3)和式(5)所规划的分块矩阵代入式(11)，即可得到该新的四端口网络的新的S参数的矩阵SFour-port为：
Figure BDA0002488505620000111
通过数字运算，可得该新的四端口网络的S参数的矩阵SFour-port为：
Figure BDA0002488505620000112
将该新的四端口网络的端口顺序调整为1→1'→2→2'，则式(13)变为：
Figure BDA0002488505620000113
将式(14)改写成分块矩阵的形式：
Figure BDA0002488505620000121
设该两个天线单元10和20形成的二元天线的S参数的矩阵Sarray为：
Figure BDA0002488505620000122
式(16)中，S’12为初始隔离度的幅度，即，两个相邻的天线单元10和20之间未连接去耦网络时的隔离度的强度；S’11、S’21和S’22分别为两个相邻的天线单元10和20之间未连接去耦网络时输入端口(a1,b1)的反射系数、隔离度和输出端口(a2,b2)的反射系数。
第一去耦网络31和第二去耦网络31’之间通过第一去耦传输线33和第二去耦传输线34连接在一起后，形成的新的四端口网络再与两个天线单元10和20连接后，组建成一个二端口网络。该二端口网络的S参数的矩阵[S]为：
[S]＝[S11]+[S12][Sarray]{E-[S22][Sarray]}-1[S21] (17)
在此指出，这里的二端口网络的二端口是指该新的四端口网络连接了天线单元10和20之后，只剩下的两个与馈源连接的端口(a1,b1)和(a’1,b’1)。
将式(14)与式(15)所定义的分块矩阵代入式(17)，可得：
Figure BDA0002488505620000123
由式(18)可知，通过设计第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的长度d3与d4，以及四端口网络的S参数，即可精确定义天线单元间的耦合度D1。也即，当预设好所需的耦合度后，上式可表示为：
Figure BDA0002488505620000124
因此，可以将第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的长度d3与d4和四端口网络的S参数配置为使天线单元10、20之间的耦合度D1满足预设耦合度。
举例而言，当需要去耦网络将两个天线单元10、20之间的互耦完全抵消时，令预设耦合度为0，则：
Figure BDA0002488505620000125
进一步地，在令预设耦合度为0的情况下，可将S1'2用四端口网络的S参数表示：
Figure BDA0002488505620000131
令四端口网络(例如，前述的耦合器)的耦合系数S13＝D，则
Figure BDA0002488505620000132
代入上式可得：
Figure BDA0002488505620000133
令k(d3+d4)＝2π，
Figure BDA0002488505620000134
其中，φs12代表四端口网络的参数S12的相位，φs13代表四端口网络的参数S13的相位。
进而，可算得耦合器的耦合度D，如下：
Figure BDA0002488505620000135
并且，第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的长度d3与d4分别为：
Figure BDA0002488505620000136
其中，φ21为去耦前隔离度的相位，Pi对应的数值为π，例如为3.14，S1'2为去耦前隔离度的幅度。
由此可知，能够根据S’12计算出所需定向耦合器的耦合度D；还能够根据φ21计算出第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的长度d3与d4。其中，所述第一去耦传输线33的长度d3和所述第二去耦传输线34的长度d4之和为波长的整数倍。
另外，在令预设耦合度为0的情况下，所需定向耦合器还可满足以下结构参数：
Figure BDA0002488505620000137
Figure BDA0002488505620000138
其中，第一传输线311、第二传输线312、第三传输线313、第四传输线314、第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的特性阻抗Z0通常是预先设定的，例如设定成50Ω；h可为阻抗变换因子。因此，依据由式(22)计算出的定向耦合器的耦合度D，再依据式(24)和式(25)，就能够确定如图4所示的定向耦合器各枝节的特性阻抗，也就是：第五传输线315和第七传输线317的特性阻抗Z1，以及第六传输线316和第八传输线318的特性阻抗Z2。进而，能够计算出对应特性阻抗的传输线的线宽，以便制作出定向耦合器。基于此方法，可以提高多天线系统的隔离度。
一些实施例中，可以通过配置传输线的线宽来使传输线的特性阻抗满足要求。例如，按照上述关系式获得第一传输线311、第二传输线312、第三传输线313、第四传输线314、第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的特性阻抗Z0之后，可以将这些传输线的线宽配置为使其特性阻抗满足上述特性阻抗Z0。举例而言，确定所需的第一传输线311、第二传输线312、第三传输线313、第四传输线314、第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的厚度、PCB板材的相对介电常数以及介质层厚度等因素后，根据特性阻抗和线宽之间的关系以及所需的特性阻抗Z0，即可计算出这些传输线的线宽。因此，根据该计算结果来配置第一传输线311、第二传输线312、第三传输线313、第四传输线314、第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的线宽，从而获得具有上述特性阻抗Z0的多个传输线。
类似地，可以通过配置第五传输线315和第七传输线317的线宽来使他们满足上述所需的特性阻抗Z1。第六传输线316和第八传输线318的线宽则可以根据特性阻抗和线宽之间的关系以及所需的特性阻抗Z2来计算。因此，根据该计算结果来配置第五传输线315和第七传输线317以及第六传输线316和第八传输线318的线宽，从而获得具有上述特性阻抗Z1和Z2的多个传输线。
可以理解地，上述四端口网络还可以是其他形式的定向耦合器，例如耦合线定向耦合器、小型化定向耦合器，宽带化定向耦合器。
参见图6，其是本申请实施例的第二种用于阵列天线的去耦结构示意图。此实施例中的去耦结构与图3至图5所示实施例的去耦结构基本相同，不同之处在于：在第一去耦网络31的第一连接端口(例如，耦合端口)和第二去耦网络31’的第一连接端口(例如，耦合端口)之间通过第三去耦传输线331和第四去耦传输线332连接了第一移相器333。也就是说，在图6中，用依次连接的第三去耦传输线331、第一移相器333和第四去耦传输线332代替了图3中的第一去耦传输线33。从而，在图6所示的实施例中，第一去耦网络31的第一连接端口(例如，耦合端口)和第二去耦网络31’的第一连接端口(例如，耦合端口)通过依次连接的第三去耦传输线331、第一移相器333和第四去耦传输线332实现连接。在此指出，本文中所述的移相器是能够对信号的相位进行调整的一种装置，其作用是将信号的相位移动一个角度。
在一实施例中，该第一移相器333为有源移相器。在此指出，本文中所述的有源移相器的基本原理是采用极性调制的方法，将输入信号分解为两路正交矢量，通过改变分路矢量幅度大小再进行加权求和，从而来改变输出信号的相位。
在一实施例中，该第一移相器333的相位为P1。并且，可调节该相位P1，使得P1与第三去耦传输线331和第四去耦传输线332的相位积累之和约等于2π的整数倍减去φ21，还可使得P1与第二去耦传输线34、第三去耦传输线331和第四去耦传输线332的相位积累之和等于2π的整数倍。如前所述，φ21为去耦前隔离度的相位。另外，还可将第二去耦传输线34的相位设计为约等于2π的整数倍加上φ21。
从而，通过改变第一移相器333的相位，以及调节第二去耦传输线34、第三去耦传输线331和第四去耦传输线332的相位积累，可改变天线单元10、20之间的耦合度D1(也就是改变隔离度)，实现天线单元10、20之间去耦的可调化，例如实现天线单元10、20去耦的频率可调和去耦幅度可调。基于此方法，可以灵活地提高阵列天线的隔离度。
参见图7，其是本申请实施例的第三种用于阵列天线的去耦结构示意图。此实施例中的去耦结构与图3至图5所示实施例的去耦结构基本相同，不同之处在于：在第一去耦网络31的第二连接端口(例如，隔离端口)和第二去耦网络31’的第二连接端口(例如，隔离端口)之间通过第五去耦传输线341和第六去耦传输线342连接了第二移相器343。也就是说，在图7中，用依次连接的第五去耦传输线341、第二移相器343和第六去耦传输线342代替了图3中的第二去耦传输线34。从而，在图7所示的实施例中，第一去耦网络31的第二连接端口(例如，隔离端口)和第二去耦网络31’的第二连接端口(例如，隔离端口)通过依次连接的第五去耦传输线341、第二移相器343和第六去耦传输线342实现连接。
在一实施例中，该第二移相器343为有源移相器。
在一实施例中，该第二移相器343的相位为P2。并且，可调节该相位P2，使得P2与第五去耦传输线341和第六去耦传输线342的相位积累之和约等于2π的整数倍加上φ21，还可使得P2与第一去耦传输线33、第五去耦传输线341和第六去耦传输线342的相位积累之和等于2π的整数倍。另外，还可将第一去耦传输线33的相位设计为约等于2π的整数倍减去φ21。
从而，通过改变第二移相器343的相位，以及调节第一去耦传输线33、第五去耦传输线341和第六去耦传输线342的相位积累，可改变天线单元10、20之间的耦合度D1(也就是改变隔离度)，实现天线单元10、20之间去耦的可调化，例如实现天线单元10、20去耦的频率可调和去耦幅度可调。基于此方法，也可以灵活地提高阵列天线的隔离度。
参见图8，其是本申请实施例的第三种用于阵列天线的去耦结构示意图。此实施例中的去耦结构与图3至图5所示实施例的去耦结构基本相同，不同之处在于：在第一去耦网络31的第一连接端口(例如，耦合端口)和第二去耦网络31’的第一连接端口(例如，耦合端口)之间通过第三去耦传输线331和第四去耦传输线332连接了第一移相器333；在第一去耦网络31的第二连接端口(例如，隔离端口)和第二去耦网络31’的第二连接端口(例如，隔离端口)之间通过第五去耦传输线341和第六去耦传输线342连接了第二移相器343。
也就是说，在图8中，用依次连接的第三去耦传输线331、第一移相器333和第四去耦传输线332代替了图3中的第一去耦传输线33；并且用依次连接的第五去耦传输线341、第二移相器343和第六去耦传输线342代替了图3中的第二去耦传输线34。从而，在图8所示的实施例中，第一去耦网络31的第一连接端口(例如，耦合端口)和第二去耦网络31’的第一连接端口(例如，耦合端口)通过依次连接的第三去耦传输线331、第一移相器333和第四去耦传输线332实现连接；第一去耦网络31的第二连接端口(例如，隔离端口)和第二去耦网络31’的第二连接端口(例如，隔离端口)通过依次连接的第五去耦传输线341、第二移相器343和第六去耦传输线342实现连接。
在一实施例中，该第一移相器333和该第二移相器343均为有源移相器。
在一实施例中，该第一移相器333的相位为P1，该第二移相器343的相位为P2。并且，可调节该相位P1和P2，使得P1与第三去耦传输线331和第四去耦传输线332的相位积累之和约等于2π的整数倍减去φ21，使得P2与第五去耦传输线341和第六去耦传输线342的相位积累之和约等于2π的整数倍加上φ21，进而使得P1、P2与第三去耦传输线331、第四去耦传输线332、第五去耦传输线341和第六去耦传输线342的相位积累之和等于2π的整数倍。
从而，通过改变第一移相器333和第二移相器343的相位P1、P2，以及调节第三去耦传输线331、第四去耦传输线332、第五去耦传输线341和第六去耦传输线342的相位积累，可改变天线单元10、20之间的耦合度D1(也就是改变隔离度)，实现天线单元10、20之间去耦的可调化，例如实现天线单元10、20去耦的频率可调和去耦幅度可调。基于此方法，可以更灵活地提高阵列天线的隔离度。
结合上述用于阵列天线的去耦结构，本申请还提出了一种用于天线装置的去耦方法，图9为本申请实施例的用于天线装置的去耦方法的流程示意图。
如图9所示，该去耦方法主要可包括以下操作S101-S102。
操作S101：提供天线装置，所述天线装置包括：相邻设置的第一天线单元和第二天线单元；第一去耦网络，所述第一去耦网络具有输入端口、输出端口、第一连接端口和第二连接端口；所述输出端口连接所述第一天线单元，所述输入端口用于连接第一馈源；第二去耦网络，所述第二去耦网络具有输入端口、输出端口、第一连接端口和第二连接端口；所述第二去耦网络的输出端口连接所述第二天线单元，所述第二去耦网络的输入端口用于连接第二馈源；第一去耦传输线，所述第一去耦传输线连接所述第一去耦网络的第一连接端口与所述第二去耦网络的第一连接端口；以及第二去耦传输线，所述第二去耦传输线连接所述第一去耦网络的第二连接端口与所述第二去耦网络的第二连接端口；其中，所述第一去耦传输线和所述第二去耦传输线的至少一个中设置有移相器。
结合图2至图8所示，本申请中与天线装置相关的描述均可适用于该操作S101，在此不再赘述。
操作S102：通过调整所述移相器的相位来调整所述第一天线单元和第二天线单元之间的耦合度。
结合图2至图8所示，本申请中与第一移相器333和/或第二移相器343相关的描述均可适用于该操作S102，在此不再赘述。
在一实施例中，该去耦方法还可包括以下操作：根据所述移相器所在的去耦传输线的相位积累以及所述第一天线单元和所述第二天线单元之间未连接所述第一去耦网络与第二去耦网络时的隔离度的相位来调节所述移相器的相位。
在一实施例中，该去耦方法还可包括以下操作：根据所述第一去耦传输线和所述第二去耦传输线的相位积累来调节所述移相器的相位。
在一实施例中，该去耦方法还可包括以下操作：将所述移相器设计为有源移相器。
在一实施例中，该去耦方法还可包括以下操作：将所述第一连接端口设置为耦合端口和隔离端口中的一个，将所述第二连接端口设置为隔离端口和耦合端口中的另一个。
在一实施例中，该去耦方法还可包括以下操作：在所述第一去耦传输线中设置所述移相器，所述第一去耦传输线包括依次连接的第三去耦传输线、所述移相器和第四去耦传输线。
在一实施例中，该去耦方法还可包括以下操作：调节所述第一移相器的相位，使得所述第一移相器的相位与所述第三去耦传输线和所述第四去耦传输线的相位积累之和约等于2π的整数倍减去φ21，其中φ21为所述第一天线单元和所述第二天线单元之间未连接所述第一去耦网络与第二去耦网络时的隔离度的相位。
在一实施例中，该去耦方法还可包括以下操作：调节所述第一移相器的相位，使得所述第一移相器的相位与所述第二去耦传输线、第三去耦传输线和第四去耦传输线的相位积累之和等于2π的整数倍。
在一实施例中，该去耦方法还可包括以下操作：还在所述第二去耦传输线中设置第二移相器，使得所述第二去耦传输线包括依次连接的第五去耦传输线、所述第二移相器和第六去耦传输线。
在一实施例中，该去耦方法还可包括以下操作：调节所述第一移相器的相位，使得所述第一移相器的相位与第三去耦传输线和第四去耦传输线的相位积累之和约等于2π的整数倍减去φ21，其中φ21为所述第一天线单元和所述第二天线单元之间未连接所述第一去耦网络与第二去耦网络时的隔离度的相位。
在一实施例中，该去耦方法还可包括以下操作：调节所述第二移相器的相位，使得所述第二移相器的相位与第五去耦传输线和第六去耦传输线的相位积累之和等于2π的整数倍加上φ21，其中φ21为所述第一天线单元和所述第二天线单元之间未连接所述第一去耦网络与第二去耦网络时的隔离度的相位。
在一实施例中，该去耦方法还可包括以下操作：调节所述第一移相器的相位和所述第二移相器的相位，使得所述第一移相器的相位、所述第二移相器的相位与第三去耦传输线、第四去耦传输线、第五去耦传输线和第六去耦传输线的相位积累之和等于2π的整数倍。
在一实施例中，该去耦方法还可包括以下操作：将所述第一去耦网络和所述第二去耦网络设置成具有相同的散射参数。
在一实施例中，该去耦方法还可包括以下操作：根据所述第一天线单元和所述第二天线单元之间未连接所述第一去耦网络与第二去耦网络时的隔离度的强度来确定所述第一去耦网络的耦合度。
在一实施例中，该去耦方法还可包括以下操作：定义所述第一去耦网络的耦合度为D，定义所述第一天线单元和所述第二天线单元之间未连接所述第一去耦网络与第二去耦网络时的隔离度的强度为S’12，这些参数之间满足上述式(22)所限定的关系。
容易明白的是，本申请中在去耦原理部分所描述的相关内容均可适用于该去耦方法，在此不再赘述。
在一些实施例中，本申请的电子设备可以是如图10所示的手机100a，该手机100a包括但不限于以下结构：壳体41以及与壳体41连接的显示屏组件50。其中，壳体41和显示屏组件50之间形成容置空间。手机的其他电子元器件，例如，主板、电池和天线装置60等均设置在容置空间内。
具体而言，壳体41可以由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如，不锈钢，铝等)或者其他合适的材料制成。图10所示的壳体41大体为具有圆角的矩形。当然，壳体41也可以具有其他形状，例如圆形，长圆形和椭圆形等。
显示屏组件50包括显示屏盖板51以及显示模组52。显示模组52贴设于显示屏盖板51的内表面。壳体41与显示屏组件50的显示屏盖板51连接。其中，显示屏盖板51可以为玻璃材质；显示模组52可以为OLED柔性显示屏结构，具体可以包括基板、显示面板(Panel)以及辅料层等，另外，显示模组52与显示屏盖板51之间还可以夹设偏光膜片等结构，关于显示模组52的详细层叠结构此处不做限定。
天线装置60可以完全收容在壳体41内部，或者，也可以嵌设在壳体41上，并且，天线装置60的一部分可暴露在壳体41外表面上。
天线装置60可以包括多个天线单元，例如，图11至图15所示的天线模60为四元直线阵，即，具有四个沿直线排列的天线单元10a、20a、10b和20b。具体地，结合图15，该天线装置60包括依次叠层设置的第一基板61、第二基板62、第三基板63和射频芯片64，以及形成在第一基板61上的多个天线单元(图15仅示出两个天线单元10a、20a)，形成在第一基板61和第三基板63上的多个金属层661-668(其中，金属层665为接地层665)、穿设在第三基板63和第二基板62内的馈线以及设置在第三基板63上的第一去耦网络31和第二去耦网络31’以及连接在他们之间的第一去耦传输线33和第二去耦传输线34。其中，馈线与天线单元10a、20a一一对应，分别用于将对应的天线单元10a、20a与射频芯片64连接。第一去耦网络31和第二去耦网络31’以及连接在他们之间的第一去耦传输线33和第二去耦传输线34则用于将相邻的天线单元10a、20a对应的馈线连接在一起，用以抵消天线单元10a、20a之间的耦合。所述第一去耦传输线33和第二去耦传输线34可均在同一平面层内，例如设置在第三基板63内；另外，所述第一去耦传输线33和第二去耦传输线34可呈弯折布置，以满足长度设计。可以理接地，天线装置60还可以包括其他信号传输线。
天线单元10a、20a用于收发射频信号。如图15所示，两个天线单元10a、20a相互间隔设置。天线单元10a、20a为双层贴片天线，包括相互隔离且一一对应的表层辐射片11a、21a和内层辐射片12a、22a。
第一基板61包括相对设置的第一外表面611和第一内表面612。表层辐射片11a、21a设置在第一外表面611，内层辐射片12a、22a设置在第一内表面612。通过第一基板61将内层辐射片12a、22a和表层辐射片11a、21a隔离，使得表层辐射片11a、21a和内层辐射片12a、22a之间间隔一定的距离，从而满足天线频段的性能要求。表层辐射片11a、21a和内层辐射片12a、22a在第一基板61的垂直投影至少部分重合。
第一基板61可以由诸如环氧树脂的热固性树脂、诸如聚酰亚胺树脂的热塑性树脂、包括诸如玻璃纤维(或玻璃布，或玻璃织物)和/或无机填料的增强材料以及热固性树脂和热塑性树脂的绝缘材料(例如，半固化片、ABF(Ajinomoto Build-up Film)、感光电介质(PID)等)制成。然而，第一基板61的材料不限于此。也就是说，玻璃板或陶瓷板也可用作第一基板61的材料。可选地，具有低的介电损耗的液晶聚合物(LCP)也可用作第一基板61的材料，以减小信号损耗。
在一些实施例中，第一基板61可以是半固化片，如图15所示，第一基板61包括叠设的三层半固化片。第一基板61的三层半固化片中，相邻的半固化片之间分别设有金属层662和663。第一基板61的第一外表面还设有金属层661，该金属层661与表层辐射片11a、21a位于同一层，且相互绝缘。第一基板61的第一内表面612设有金属层664，该金属层664与内层辐射片12a、22a位于同一层，且相互绝缘。金属层661、662、663和664可以由金属铜、铝、银、锡、金、镍、铅、钛或他们的合金等导电材料制成。本实施例中，金属层661、662、663和664均为铜层。
金属层661的设置使得第一基板61的第一外表面611的铺铜率与第一基板61的其他半固化片的表面的铺铜率差异减少，在第一基板61制造的过程中，铺铜率差异减少能够减少气泡的产生，从而提升第一基板61的制造良率。同理，金属层664的设置也使得第一基板61的第一内表面612的铺铜率与第一基板61的其他半固化片的表面的铺铜率差异减少，以减少第一基板61制造过程中气泡的产生，从而提升第一基板61的制造良率。
第一基板61上还设有贯穿第一内表面612和第一外表面611接地过孔613，以使不同的金属层661、662、663和664彼此连接，并进一步连接到接地层665。具体地，可以将导电材料完全填充接地过孔613，或者可以将导电材料沿着接地过孔613的孔壁形成导电层。其中，导电材料可以是铜、铝、银、锡、金、镍、铅、钛或他们的合金等。接地过孔613可以具有圆柱状、沙漏状或者锥体状等。
第二基板62包括第一侧表面621和第二侧表面622，其中，第一侧表面621叠设在第一基板61的第一内表面612上。第二基板62可以为PCB板的核层，由聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等材料制成。第二基板62上设有贯穿第一侧表面621和第二侧表面622的接地过孔623和馈线过孔624。
接地层665夹设在第二基板62和第三基板63之间。接地层665上开设有馈线过孔665a。
第三基板63包括相对设置的第二外表面631和第二内表面632。第三基板63的第二内表面632叠设于第二基板62的第二侧表面622，接地层665夹设在第二侧表面622和第二内表面632之间。
第三基板63的形成材料可以与第一基板61的材料相同。在一些实施例中，第三基板63可以是半固化片，如图15所示，第三基板63包括三层半固化片。第三基板63的三层半固化片中，相邻的半固化片之间设有金属层666和667，分别作为馈电网络和控制线布线层。第三基板63的第二外表面631上设有金属层668，金属层668与射频芯片64焊接在一起。其中，金属层666、667和668可以由金属铜、铝、银、锡、金、镍、铅、钛或他们的合金等导电材料制成。本实施例中，金属层666、667和668均为铜层。
第三基板63上开设有布线过孔。布线过孔包括接地过孔633，以使不同的金属层666、667和668彼此连接，并进一步连接到接地层665。布线过孔还包括供馈线穿过的馈线过孔634和供控制线穿过的信号过孔635等。与第一基板61上的接地过孔613类似，第三基板63上的布线过孔内可以完全填充导电材料，也可以在孔壁上形成导电层。各种布线过孔的形状可以是圆柱状、沙漏状或者锥体状。
一馈线的一端连接在射频芯片64上，另一端穿入第三基板63的馈线过孔634而与第一去耦网络31。另一馈线的一端连接第一去耦网络31，另一端穿入接地层665的馈线过孔665a以及第二基板62的馈线过孔624而与内层辐射片12a、22a连接，以在天线单元10a、20a和射频芯片64之间传输信号。具体地，馈线包括通过去耦网络连接的第一馈线31a和第二馈线32a。其中，第一馈线31a与射频芯片64连接，第二馈线32a则与内层辐射片12a、22a连接。馈线与各金属层，例如本实施例的金属层666、667、668以及接地层相互绝缘。在此指出，图15中的第一馈线31a可连接图3中的第一传输线311，并且第二馈线32a可连接图3中的第二传输线312。
此外，第三基板63上还设有其他信号传输线，例如控制线68和电源线69等。如图15所示，电源线69设置在第三基板63的第二外表面631上，并焊接在射频芯片64上。控制线68设置在第三基板63靠近射频芯片64的半固化片和与其相邻的半固化片之间，并穿过半固化层上的信号过孔635而与射频芯片64连接。
此外，第三基板63还用于承载第一去耦网络31和第二去耦网络31’以及连接在他们之间的第一去耦传输线33和第二去耦传输线34。如图15所示，第一去耦网络31和第二去耦网络31’以及连接在他们之间的第一去耦传输线33和第二去耦传输线34连接在相邻的天线10a、20a所对应的馈线之间。第一去耦网络31连接在一个天线单元10a对应的第一馈线31a和第二馈线32a的连接处；具体地，第一去耦网络31的第一传输线311(参见图3)与第一馈线31a连接，第一去耦网络31的第二传输线312与第二馈线32a连接。类似地，第二去耦网络31’连接在相邻的天线单元20a所对应的第一馈线31a和第二馈线32a的连接处；也就是，第二去耦网络31’的第一传输线311’(参见图5)与天线单元20a所对应的第一馈线31a连接，第二去耦网络31’的第二传输线312’与天线单元20a所对应的第二馈线32a连接。
由于在天线装置的两个相邻天线单元之间设置了第一去耦网络31和第二去耦网络31’，并且第一去耦传输线33和第二去耦传输线34在第一去耦网络31和第二去耦网络31’之间连接，因此从射频芯片64发出的信号经过第一馈线31a之后，一部分经第一去耦网络31以及第二馈线32a传输至天线单元的内层辐射片12a，另一部分经第一去耦网络31以及第一去耦传输线33和第二去耦传输线34传输至第二去耦网络31’以到达相邻的天线单元20a，从而在一定程度上抵消两个天线单元10a、20a之间的耦合。
两个天线单元10、20之间的耦合度可以通过该第一去耦网络31和第二去耦网络31’的S参数和第一去耦传输线33与第二去耦传输线34的长度来进行定义。具体地，如上述阵列天线的实施例，本实施例的天线装置60的第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的长度d3与d4，第一去耦网络31的S参数，以及预设耦合度满足以下关系：
Figure BDA0002488505620000221
一些实施例中，可以将第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的长度d3与d4和第一去耦网络31的S参数配置为使两个天线单元10、20之间的耦合度D1置零。
进一步地，在一些实施例中，在将两个天线单元10、20之间的耦合度D1置零的情况下，再根据两个天线单元10、20之间的初始隔离度S12’计算出所需定向耦合器的耦合度D，具体参见前述的公式(22)。
如图14所示，其是图13的天线装置的局部示意图，主要显示了第一去耦网络31和第二去耦网络31’以及连接在他们之间的第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的布置。在此实施例中，第一去耦传输线33和第二去耦传输线34呈不同的弯折布置，其中第一去耦传输线33的长度d3包括多个弯折段，也就是d3＝L1*2+L2*2+L3。第二去耦传输线34的长度d4包括多个弯折段，也就是d4＝L4*2+L5*2+L6。
进一步地，d3与d4相加的结果可近似等于两倍的波长，即2*λ＝2*6.45mm＝12.9mm。
由于第二去耦网络31’可以第一去耦网络31相同，因此第二去耦网络31’的传输线的布置可与第一去耦网络31中的传输线的弯折布置相同。
一些实施例中，还能够根据去耦前隔离度的相位φ21计算出第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的长度d3与d4，具体参见前述的公式(23)。
一些实施例中，根据所计算出的定向耦合器的耦合度D，就能够确定定向耦合器各枝节的特性阻抗，也就是：第一传输线311、第二传输线312、第三传输线313、第四传输线314、第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的特性阻抗Z0，第五传输线315和第七传输线317的特性阻抗Z1，以及第六传输线316和第八传输线318的特性阻抗Z2，具体参见前述的公式(24)和(25)。进而，能够计算出对应特性阻抗的传输线的线宽，以便制作出定向耦合器。
如上述天线阵列的实施例所述，可以通过配置传输线的线宽来使传输线的特性阻抗满足要求。例如，第一传输线311、第二传输线312、第三传输线313、第四传输线314、第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的线宽配置为使其特性阻抗满足上述特性阻抗Z0。第五传输线315和第七传输线317的线宽配置为使其特性阻抗满足上述特性阻抗Z1。第六传输线316和第八传输线318的线宽配置为使其特性阻抗满足上述特性阻抗Z2。
因此，可以在金属层666所在层上形成长度满足上述所需长度第一去耦网络31和第二去耦网络31’以及连接在他们之间的第一去耦传输线33和第二去耦传输线34。可以理解地，相邻的天线单元10a、20a所对应的馈线之间的直线距离较小时，第一去耦传输线33和第二去耦传输线34可以形成弯折的图案，以满足长度的要求(如图13和图14所示)。在其他一些实施例中，第一去耦传输线33也可以呈弯曲的图案，只要满足长度要求即可。
第一去耦网络31和第二去耦网络31’以及连接在他们之间的第一去耦传输线33和第二去耦传输线34与表层辐射片11a、21a和内层辐射片12a、22a位于不同的层。如图15所示，第一去耦网络31和第二去耦网络31’以及连接在他们之间的第一去耦传输线33和第二去耦传输线34设置在天线单元10a、20a的下方，例如第三基板63内。图15所示的第一去耦网络31和第二去耦网络31’以及连接在他们之间的第一去耦传输线33和第二去耦传输线34与金属层666位于同一层，即，设置在第三基板63的最靠近接地层665的半固化片及其相邻的半固化片之间。可以理解地，在其他一些实施例中，第一去耦网络31和第二去耦网络31’以及连接在他们之间的第一去耦传输线33和第二去耦传输线34也可以与金属层667或者668同层。
以上针对两个天线单元10a和20a、第一去耦网络31和第二去耦网络31’以及第一去耦传输线33与第二去耦传输线34进行了介绍。然而，容易理解的是，如图13所示，还可以为天线单元20a和10b以及天线单元10b和20b同样地设置本申请的去耦结构。举例而言，可为天线单元20a和10b设置第三去耦网络35和第四去耦网络35’以及连接在第三去耦网络35和第四去耦网络35’之间的第三去耦传输线33’与第四去耦传输线34’；该第三去耦网络35可与上述的第一去耦网络31相同或相类似，该第四去耦网络35’可与上述的第二去耦网络31’相同或相类似；第三去耦传输线33’可与上述的第一去耦传输线33相同或相类似，第四去耦传输线34’可与上述的第二去耦传输线34相同或相类似。另外，所述第二去耦网络31’和所述第三去耦网络35可共用部分传输线，例如共用第二去耦网络31’的第一传输线311’、第二传输线312’和第五传输线315’(参见图5)。
当采用如图13所示的三个以上的天线单元时，这些去耦网络和去耦传输线也可以分布在不同的层。例如，第一去耦网络31和第二去耦网络31’以及连接在他们之间的第一去耦传输线33和第二去耦传输线34可分布在图15所示的金属层666所在层，而第三去耦网络35和第四去耦网络35’以及连接在第三去耦网络35和第四去耦网络35’之间的第三去耦传输线33’与第四去耦传输线34’可分布在图15所示的金属层667所在层。
参见图16，其是本申请另一实施例的天线装置的示意图。在此实施例的天线装置60中，可将例如手机的中框42的顶端部分通过缝隙44分割为两段，这两段可分别作为第一天线10a和第二天线20a。该中框42中可设置一电路板43，本申请上述的第一去耦网络31和第二去耦网络31’以及第一去耦传输线33与第二去耦传输线34(参见图3)可布置在该电路板43上。馈源40和馈源40’可与该电路板43连接，该电路板43又与该第一天线10a和第二天线20a连接。缝隙44通常可非居中设置，例如靠近中框42的左侧或右侧设置。
在本申请以如图11至图13所示的四元直线阵进行去耦设计的示例中，该四元直线阵的中心工作频率为28GHz。在此指出，根据3GPP TS 38.101协议的规定，处在24.25GHz至52.6GHz之间的频率通常称为毫米波(mm Wave)；因此，本申请提出的去耦结构可为一种毫米波阵列天线去耦结构。
综上所述，本申请的天线装置，在天线单元下方引入去耦网络的概念，无需改变阵列天线单元的结构，只需对第一去耦传输线33和第二去耦传输线34的长度d3与d4以及四端口网络的S参数进行配置，即可调节天线单元10、20之间的耦合度D1，即能降低天线单元间的互耦，拓展扫描角，提升扫描增益。另外，还能依据去耦前隔离度的幅度计算出的定向耦合器的耦合度D，再依据公式确定定向耦合器各枝节的特性阻抗，进而能够计算出对应特性阻抗的传输线的线宽，以便制作出定向耦合器。基于此方法，可以提高多天线系统的隔离度。再者，当在去耦结构中采用移相器时，通过改变第一移相器333和/或第二移相器343的相位，以及调节与第一移相器333和/或第二移相器343连接的这些去耦传输线的相位积累，也可改变天线单元10、20之间的耦合度D1，实现天线单元10、20之间去耦的可调化。基于这些方法，都可以灵活地提高阵列天线的隔离度。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (20)

1.一种天线装置，其特征在于，包括：
相邻设置的第一天线单元和第二天线单元；
第一去耦网络，所述第一去耦网络具有输入端口、输出端口、第一连接端口和第二连接端口；所述输出端口连接所述第一天线单元，所述输入端口用于连接第一馈源；
第二去耦网络，所述第二去耦网络具有输入端口、输出端口、第一连接端口和第二连接端口；所述第二去耦网络的输出端口连接所述第二天线单元，所述第二去耦网络的输入端口用于连接第二馈源；
第一去耦传输线，所述第一去耦传输线连接所述第一去耦网络的第一连接端口与所述第二去耦网络的第一连接端口；以及
第二去耦传输线，所述第二去耦传输线连接所述第一去耦网络的第二连接端口与所述第二去耦网络的第二连接端口；
其中，所述第一去耦传输线和所述第二去耦传输线的至少一个中设置有移相器。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于：
所述移相器为有源移相器；和/或
所述第一连接端口为耦合端口和隔离端口中的一个，所述第二连接端口为隔离端口和耦合端口中的另一个。
3.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于：
所述移相器设置在所述第一去耦传输线中，所述第一去耦传输线包括依次连接的第三去耦传输线、所述移相器和第四去耦传输线。
4.根据权利要求3所述的天线装置，其特征在于：
所述移相器的相位与所述第三去耦传输线和所述第四去耦传输线的相位积累之和等于2π的整数倍减去φ21，其中φ21为所述第一天线单元和所述第二天线单元之间未连接所述第一去耦网络与第二去耦网络时的隔离度的相位。
5.根据权利要求3所述的天线装置，其特征在于：
所述移相器的相位与所述第二去耦传输线、第三去耦传输线和第四去耦传输线的相位积累之和等于2π的整数倍。
6.根据权利要求3所述的天线装置，其特征在于：
还在所述第二去耦传输线中设置另一移相器，所述第二去耦传输线包括依次连接的第五去耦传输线、所述另一移相器和第六去耦传输线。
7.根据权利要求6所述的天线装置，其特征在于：
所述移相器的相位与第三去耦传输线和第四去耦传输线的相位积累之和等于2π的整数倍减去φ21，其中φ21为所述第一天线单元和所述第二天线单元之间未连接所述第一去耦网络与第二去耦网络时的隔离度的相位。
8.根据权利要求6所述的天线装置，其特征在于：
所述另一移相器的相位与第五去耦传输线和第六去耦传输线的相位积累之和等于2π的整数倍加上φ21，其中φ21为所述第一天线单元和所述第二天线单元之间未连接所述第一去耦网络与第二去耦网络时的隔离度的相位。
9.根据权利要求6所述的天线装置，其特征在于：
所述移相器的相位P1和所述另一移相器的相位P2与所述第三去耦传输线、第四去耦传输线、第五去耦传输线和第六去耦传输线的相位积累之和等于2π的整数倍。
10.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于：
所述第一去耦网络和所述第二去耦网络具有相同的散射参数。
11.根据权利要求10所述的天线装置，其特征在于：
所述第一去耦网络的耦合度根据所述第一天线单元和所述第二天线单元之间未连接所述第一去耦网络与第二去耦网络时的隔离度的强度来确定。
12.根据权利要求11所述的天线装置，其特征在于：
定义所述第一去耦网络的耦合度为D，定义所述第一天线单元和所述第二天线单元之间未连接所述第一去耦网络与第二去耦网络时的隔离度的强度为S’12，这些参数之间满足以下关系：
Figure FDA0002488505610000021
13.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于：
所述第一天线单元和第二天线单元具有相同的辐射特性。
14.一种电子设备，其特征在于，包括：
壳体；
显示屏组件，与所述壳体连接，并与所述壳体形成容置空间；
馈源，设置在所述容置空间内；以及
天线装置，至少部分设置在所述容置空间内，所述天线装置包括：
多个天线单元；
多个去耦网络，与所述多个天线单元一一对应，其中，每个去耦网络均具有输入端口、输出端口、第一连接端口和第二连接端口；所述输出端口与对应的天线单元连接，所述输入端口与所述馈源连接；
第一去耦传输线，所述第一去耦传输线连接在相邻的所述去耦网络的第一连接端口之间；以及
第二去耦传输线，所述第二去耦传输线连接在相邻的所述去耦网络的第二连接端口之间；
其中，所述第一去耦传输线和所述第二去耦传输线的至少一个中设置有移相器。
15.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，所述馈源包括多个馈源，所述多个馈源与所述多个去耦网络一一对应，每一所述输入端口与对应的馈源连接。
16.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，所述馈源为射频芯片。
17.根据权利要求16所述的电子设备，其特征在于，所述天线装置包括依次叠层设置的第一基板、第二基板和第三基板；所述多个天线单元设置在所述第一基板上；所述第一去耦传输线和所述第二去耦传输线设置在所述第三基板内；所述射频芯片设置在所述第三基板远离所述第二基板的一侧。
18.一种用于天线装置的去耦方法，其特征在于，所述天线装置包括：相邻设置的第一天线单元和第二天线单元；第一去耦网络，所述第一去耦网络具有输入端口、输出端口、第一连接端口和第二连接端口；所述输出端口连接所述第一天线单元，所述输入端口用于连接第一馈源；第二去耦网络，所述第二去耦网络具有输入端口、输出端口、第一连接端口和第二连接端口；所述第二去耦网络的输出端口连接所述第二天线单元，所述第二去耦网络的输入端口用于连接第二馈源；第一去耦传输线，所述第一去耦传输线连接所述第一去耦网络的第一连接端口与所述第二去耦网络的第一连接端口；以及第二去耦传输线，所述第二去耦传输线连接所述第一去耦网络的第二连接端口与所述第二去耦网络的第二连接端口；其中，所述第一去耦传输线和所述第二去耦传输线的至少一个中设置有移相器；所述去耦方法包括：
通过调整所述移相器的相位来调整所述第一天线单元和第二天线单元之间的耦合度。
19.根据权利要求18所述的去耦方法，其特征在于：
根据所述移相器所在的去耦传输线的相位积累以及所述第一天线单元和所述第二天线单元之间未连接所述第一去耦网络与第二去耦网络时的隔离度的相位来调节所述移相器的相位。
20.根据权利要求18所述的去耦方法，其特征在于：
根据所述第一去耦传输线和所述第二去耦传输线的相位积累来调节所述移相器的相位。
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Title
XIA, RUN-LIANG等: "An Efficient Decoupling Feeding Network for Microstrip Antenna Array", IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS *

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