CN113922082A - 一种应用于终端设备的天线模组及终端设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种应用于终端设备的天线模组及终端设备，用以在不牺牲天线可用辐射空间的前提下，解决天线辐射空间内基带功能模块的电磁干扰的问题。其中，天线模组包括主天线和辅天线，辅天线的辐射空间内存在基带功能模块，主天线的辐射空间远离基带功能模块；主天线与射频信号通路连接，辅天线与电子开关连接；当基带功能模块工作时，电子开关用于将所述辅天线切换到接地状态；当基带功能模块不工作时，电子开关用于将辅天线切换到开路状态或连接匹配电路状态，使得辅天线与主天线形成寄生耦合关系。

Description

一种应用于终端设备的天线模组及终端设备

技术领域

本申请涉及天线设计技术领域，尤其涉及一种应用于终端设备的天线模组及终端设备。

背景技术

以智能手机为例，在目前的4G、5G手机的设计开发中，天线的数量越来越多，如果要保证天线性能最优，则必须给天线尽可能大的辐射空间；同时4G、5G智能手机所支持的功能也越来越多，会增加各种基带功能模块，例如摄像头、听筒、光传感器、扬声器等。这些基带功能模块工作时会产生较强的电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)。而智能手机的整机空间有限，随着全面屏的普及，在整机结构堆叠时，很多基带功能模块不可避免的会分布在手机边框的各个位置，从而占用了天线的辐射空间。一旦某些基带功能模块进入天线的辐射空间内，其工作时产生的EMI很容易被天线吸收，从而导致射频无线灵敏度的恶化，影响无线通信的质量。

目前亟需一种天线设计方案，用以解决处于天线辐射空间内的基带功能模块产生的EMI干扰问题。

发明内容

本申请实施例提供一种应用于终端设备的天线模组及终端设备，用以在不牺牲天线可用辐射空间的前提下，解决天线辐射空间内的基带功能模块的EMI干扰问题。

第一方面，本申请实施例提供一种应用于终端设备的天线模组，所述天线模组包括主天线和辅天线；其中，所述辅天线的辐射空间内存在基带功能模块，所述主天线的辐射空间远离所述基带功能模块；

所述主天线与射频信号通路连接，所述辅天线与电子开关连接；

当所述基带功能模块工作时，所述电子开关用于将所述辅天线切换到接地状态；

当所述基带功能模块不工作时，所述电子开关用于将所述辅天线切换到开路状态或连接匹配电路状态，所述辅天线与所述主天线形成寄生耦合关系。

在一种可能的设计中，所述电子开关，还用于接收控制信号，根据所述控制信号确定所述基带功能模块的工作状态。

在一种可能的设计中，所述主天线还与天线调谐器连接；

所述天线调谐器用于，根据射频信号的频段，调节所述主天线连接的匹配电路。

在一种可能的设计中，所述主天线通过第一天线弹片与所述射频信号通路和所述天线调谐器连接。

在一种可能的设计中，所述辅天线通过第二天线弹片与所述电子开关连接。

在一种可能的设计中，所述主天线与所述辅天线相邻设置。

在一种可能的设计中，所述电子开关为单刀多掷开关。

在一种可能的设计中，所述基带功能模块包括下列器件中的一种或多种：

基带传感器、摄像头、听筒、扬声器、光传感器或距离传感器。

第二方面，本申请实施例提供一种终端设备，所述终端设备包括如第一方面中任一项所述的天线模组和基带功能模块。

本申请实施例中，辅天线的辐射空间内存在基带功能模块，主天线的辐射空间远离基带功能模块。通过电子开关切换辅天线的状态，进而可以控制辅天线在整个天线系统中是否生效。当基带功能模块工作时，可以将辅天线接地使其失效来吸收EMI干扰；当基带功能模块不工作时，可以将辅天线开路或连接匹配电路使其生效，与主天线形成寄生耦合关系，来提升主天线和辅天线的综合辐射性能。可见，上述技术方案既充分利用了天线的辐射空间，又较好的规避了基带功能模块工作时产生的EMI干扰。

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要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中手机主板的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种应用于终端设备的天线模组的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种应用于终端设备的天线模组的工作流程示意图；

图4为本申请实施例提供的一种终端设备的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的实施例中，多个是指两个或两个以上。“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。

如何有效的解决基带功能模块工作时给天线带来的EMI噪声干扰问题，一直是行业内的难题。参考图1的一款手机主板的截图，可以看出，前摄像头、听筒、光距离传感器(图中未示出)等都在手机顶部，而且距离天线很近，其工作时产生的EMI噪声很容易被天线吸收，从而影响天线的无线灵敏度，进而影响无线通信的质量。

针对上述问题，现有技术中有如下几种解决方案：

1、对基带功能模块进行充分的接地、包裹和屏蔽等措施，这种方法使成本大大提升，但仍无法彻底抑制基带功能模块产生的EMI噪声。例如，加强摄像头和扬声器等基带功能模块的接地，对其进行包裹或者贴吸波材料等措施，能够在一定程度上降低产生的EMI干扰，但是这种方式对设计的更改较大，而且效果并不理想，依然会有一定程度的EMI干扰。

2、避免基带功能模块放在靠近天线的位置，这种方法影响结构堆叠和外观设计，降低产品竞争力。在目前用户对产品外观要求越来越苛刻的情况下，通过更改工业设计(industrial design，ID)来避免各种基带功能模块进入天线辐射空间内，几乎是不可能实现的。

3、调试天线走线时，尽量避开产生EMI干扰的基带功能模块，这种方法会导致天线无法充分有效地利用整机空间，因此天线性能会不可避免的大打折扣很并且容易导致公司的空中下载技术(over-the-air technology，OTA)标准或一些认证测试无法通过，而且还会影响用户的无线通信质量体验。

针对以上各种传统解决方案的缺点，本申请提供以下方案，目的是在不牺牲天线可用辐射空间和结构堆叠的前提下，解决处于天线辐射空间内的基带功能模块的EMI干扰问题。

图2示例性的示出了本申请实施例提供的一种应用于终端设备的天线模组，如图2所示，该天线模组包括主天线和辅天线。

其中，辅天线的辐射空间内存在基带功能模块，主天线的辐射空间远离基带功能模块。该基带功能模块可以包括下列器件中的一种或多种：基带传感器、摄像头、听筒、扬声器、光传感器、距离传感器或其他用于实现某种功能的电子元器件。该基带功能模块也可以称为基带功能器件，或基带器件，或具有其他名称，本申请不作具体限定。本申请中天线的辐射空间可以是指天线的一个或多个频段的辐射空间，例如可以是多个频段共用的辐射空间，即多个频段的整体辐射空间。

主天线与射频信号通路连接。主天线可以接收来自射频信号通路的射频信号并发射出去，以及接收来自外界的射频信号并传输至射频信号通路，从而完成射频信号的收发功能。

可选的，主天线还可与天线调谐器连接，该天线调谐器用于调节主天线的匹配状态，例如根据需要收发的射频信号的频段，调节主天线连接的匹配电路，从而使得主天线具有更好的辐射性能。其中，调节主天线连接的匹配电路可以是指，将主天线切换到连接不同的匹配电路。

示例性地，如图2所示，天线调谐器接收终端设备的中央处理器(centralprocessor unit，CPU)发出的控制信号，通过一个单刀四掷(single-pole four-throw，SP4T)开关实现主天线在不同匹配状态之间的切换，从而调节主天线的辐射性能。举例说明，当移动终端接入3G网络时，天线调谐器可切换到匹配1电路，此时通过改变与主天线连接的电容和/或电感的值来改变主天线的阻抗值，使该天线适应3G网络所在频段。类似的，当移动终端接入4G或5G网络时，可以将天线调谐器切换到匹配2或匹配3电路，使该天线适应相应频段。可选的，当主天线和辅天线形成寄生耦合关系时，还可以进一步调试主天线连接的匹配电路，如切换到匹配4电路，以提升主天线和辅天线的综合辐射水平。天线调谐器所用开关可根据天线所支持的频段进行寻找，比如使用单刀双掷(single-pole double-throw，SPDT)开关、单刀三掷(single-pole triple-throw，SP3T)开关、SP4T开关等规格的单刀多掷开关。

此外，主天线可以与参考地连接，也可以不与参考地连接，本申请不作具体限定。

辅天线与电子开关连接。该电子开关可以用于调节辅天线的状态，例如将辅天线切换到接地状态或开路状态或连接匹配电路状态。具体的，当基带功能模块工作时，该电子开关可用于将辅天线切换到接地状态，从而使得辅天线失效；当基带功能模块不工作时，该电子开关可用于将辅天线切换到开路状态或连接匹配电路状态，从而使得辅天线生效，此时，辅天线将与主天线形成寄生耦合关系，从而增强二者的综合辐射性能。

主天线与辅天线可以相邻设置，二者之间的空间距离很近。如此，处于开路状态或者连接匹配电路的辅天线可以与主天线形成寄生耦合关系，从而改变主天线的辐射状态。在本申请的实施例中，主天线与辅天线之间的放置距离可根据主天线和辅天线的形状设置，并且在设置距离时可通过调试它们之间的距离远近，使主天线和辅天线形成寄生耦合关系时有更好的辐射性能。

电子开关可以为单刀多掷开关，SPDT、SP3T、SP4T等规格的开关等，本申请不作具体限定。

示例性地，如图2所示，辅天线与SPDT开关的输入端(也可称为动端)连接，SPDT开关输出端(也可称为不动端)的端口1与参考地连接，端口2接开路或与匹配电路连接。SPDT开关接收来自CPU的控制信号后，通过切换开关所连接的端口，进而改变辅天线的连接状态，即接地或开路或接匹配电路。

在一种可能的实施方式中，主天线可以通过第一天线弹片与射频信号通路和天线调谐器连接，辅天线可以通过第二天线弹片与电子开关连接。可选的，主天线也可以通过第三天线弹片与参考地连接。其中，天线弹片的作用是将天线固定到终端设备的主板上，使得终端设备与天线形成电气连接。本申请不限于使用天线弹片，还可以使用其他具有连接固定功能的器件。

本申请实施例中的终端设备可以是智能手机、智能手表、可穿戴无线通信设备等具有天线模块的终端设备，本申请不作具体限定。

如此可知，当基带功能模块工作时，只有主天线生效，通过调节天线调谐器，可以使主天线适应不同的射频频段，获得更好的辐射性能。当基带功能模块不工作时，由于主天线与辅天线的寄生耦合关系会改变主天线的辐射性能，此时通过进一步调试主天线连接的天线调谐器所对应的匹配电路，可以提升主天线和辅天线的综合辐射性能，使天线射频灵敏度达到最佳水平。

为了更清楚地理解本申请实施例，下面对天线模组的组成做具体介绍。

主天线，用于发射和接收射频信号，其所用辐射空间避开了基带功能模块，所以辐射性能受到一定限制，无法达到理想的水平。但该主天线能够通过与辅天线形成寄生耦合关系，来实现对天线辐射空间的最大化应用，同时配合天线调谐器的匹配状态，提升辐射性能。

辅天线，用于改变主天线的辐射性能，其所用辐射空间为基带功能模块所在的空间，所以很容易吸收基带功能模块的EMI干扰。当基带功能模块工作时，通过将辅天线接地可以将EMI干扰导到地上，以避免EMI干扰对主天线辐射性能产生影响。当基带功能模块不工作时，辅天线通过开路来实现和主天线之间的寄生耦合，进而提升主天线和辅天线的综合辐射性能。

天线弹片，位于手机主板上，用于主板和天线之间的电气连接。在本申请的实施例中，有些天线弹片可以直接接地，有些天线弹片接到射频信号的电路走线上，还有些天线弹片接到天线调谐器或电子开关上。其中，接地的天线弹片可用于实现天线的地回流路径，接到射频信号电路走线的天线弹片可用于实现天线对射频信号的辐射和接收，接到电子开关上的天线弹片可用于更改天线的状态(如接地、开路和匹配值更改等不同的状态)。

天线调谐器(tuner)，接到主天线所用的天线弹片上，用于改变主天线连接的匹配电路，从而使主天线可以更好的适应不同的射频频段。当基带功能模块不工作时，由于主天线和辅天线的寄生耦合关系会改变主天线的辐射性能，此时可以通过进一步调试天线调谐器所对应的匹配电路来提升主天线和辅天线的综合辐射性能，从而使天线射频灵敏度达到最理想的水平。需要说明的是，此处的天线调谐器可根据天线所支持的频段进行寻找，比如使用SPDT、SP3T、SP4T等规格，本申请不作具体限定。

电子开关，用于改变辅天线的连接状态。以单刀双掷开关为例，该单刀双掷的开关的动端接到辅天线所用的天线弹片上，不动端的端口1接到地上，不动端的端口2接到开路状态或连接到匹配电路上。当基带功能模块工作时，该电子开关切换到端口1，以保证辅天线处于接地状态，这样辅天线能够将吸收到的来自基带功能模块的EMI干扰直接导到地上，使基带功能模块的EMI干扰不会被主天线吸收。当基带功能模块不工作时，该电子开关切换到端口2，此时辅天线处于开路状态，由于主天线和辅天线距离很近，它们之间形成很强的寄生耦合关系，从而改变主天线的辐射性能，再配合主天线所用的天线调谐器，最终使得主天线和辅天线的综合辐射性能达到最佳水平。需要说明的是，此处用于改变辐天线状态(接地或开路或接匹配电路)的电子开关可以但不限于使用SPDT单刀双掷开关，也可以根据调试需要改为SPST、SP3T、SP4T等规格的开关。

基带功能模块，是指受制于外观设计、结构堆叠等限制，必须放在天线辐射空间内的基带传感器或其他功能器件，比如摄像头、听筒、扬声器、光传感器、距离传感器等。这些模块或器件在工作时不可避免的会产生或强或弱的EMI干扰，但当其不工作时则不会产生EMI干扰。

为了更清楚地理解本申请实施例，下面结合图3对本申请技术方案中天线模组的具体工作流程进行详细描述。

步骤301、CPU判断基带功能模块是否工作，若是，则执行步骤302；若否，则执行步骤304。

步骤302、CPU配置驱动代码，发送控制信号给电子开关和天线调谐器。电子开关和天线调谐器接收到控制信号后，分别执行步骤303a和303b。

步骤303a、电子开关切换到接地状态。

当基带功能模块工作时，会产生EMI干扰。CPU接收到基带功能模块的工作信号后配置驱动代码，发送控制信号给电子开关，控制电子开关将辅天线切换到接地状态(如图2中将电子开关切换到端口1)。处于接地状态的辅天线可以将基带功能模块产生的EMI干扰导到地上。并且由于辅天线处于接地状态，其与主天线是完全独立的，因此，主天线和辅天线不会产生寄生耦合效应，同时辅天线也不会影响主天线的辐射性能。此时，主天线作为工作天线接收和发射射频信号，由于主天线的辐射空间受限，因此达不到最佳的辐射状态，但主天线的辐射空间避开了基带功能模块所处的空间，因此不受基带功能模块的EMI干扰影响。

步骤303b、更改天线调谐器的匹配状态。

通过改变与主天线连接的匹配电路，使主天线可以更好的适应不同的射频频段。

步骤304、CPU配置驱动代码，发送控制信号给电子开关和天线调谐器。电子开关和天线调谐器接收到控制信号后，分别执行步骤305a和305b。

步骤305a、电子开关切换到开路或接匹配电路状态。

当基带功能模块不工作时，不会产生EMI干扰，CPU接收到基带功能模块不工作的信号后配置驱动代码，发送控制信号给电子开关，控制电子开关将辅天线切换到开路状态(如图2中将电子开关切换到端口2)。基带功能模块不工作时不产生EMI干扰，因此辅天线上也不存在EMI干扰。由于辅天线和主天线相邻设置，空间距离很近，处于开路状态的辅天线能够与主天线形成寄生耦合关系，从而改变主天线的辐射状态，进而提升主天线和辅天线的综合辐射性能。此时，主天线和辅天线共同生效，实现对天线辐射空间的最大化应用，能够达到最佳的辐射性能。

电子开关的端口2还可以接匹配电路，即基带功能模块不工作时，电子开关根据控制信号将辅天线切换到接匹配电路状态。其中，匹配电路中可包括一个或多个电容和/或电感，通过改变电容值和/或电感值来改变与辅天线连接的匹配电路的阻抗值，从而改变辅天线的辐射性能。由于此时辅天线与主天线形成寄生耦合关系，因此可以通过调试与辅天线连接的匹配电路的阻抗值，使得主天线和辅天线的综合辐射性能达到最佳水平。

步骤305b、更改天线调谐器的匹配状态。

通过改变与主天线连接的匹配电路，使形成寄生耦合关系的主天线和辅天线可以更好的适应不同的射频频段。

下面结合表1中的实验数据，进一步说明，与传统单天线方案相比，本申请提供的天线模组在无线灵敏度和基带功能模块EMI干扰等方面的改善情况。

表1

表1为传统单天线方案1、传统单天线方案2和本申请方案在基带功能模块工作和不工作时，测得的天线无线灵敏度和基带功能模块的EMI干扰。

传统单天线方案1：在设计时，为了保证天线性能的最优化，天线的辐射空间内存在基带功能模块，这样会导致基带模块工作时的EMI干扰很容易被天线吸收，从而对天线无线灵敏度造成很大的干扰。参考表1数据，当基带功能模块不工作时，天线性能很好，无线灵敏度能够达到-110dBm，但当基带功能模块工作时，基带功能模块产生10dB的EMI干扰，此时天线的无线灵敏度只能达到-100dBm。

传统单天线方案2：在设计时，为了规避基带功能模块的EMI干扰，在调试天线时使天线的辐射空间尽可能避开基带功能模块所在的空间，这样天线的调试难度会很大，而且无法实现天线辐射空间的最大应用，甚至可能无法满足公司的OTA标准。参考表1数据，由于天线避开了基带功能模块所占用的空间，无论基带功能模块工作还是不工作，均没有EMI干扰，但天线的无线灵敏度只能到达-108dBm，无法达到最佳空间条件下的-110dBm，有2dB的牺牲。

本申请的技术方案中将天线模组设计为包括两个天线，分别为主天线ant1和辅天线ant2。ant1避开了基带功能模块所占用的空间，类似于传统单天线方案2，ant2充分利用了基带功能模块所占用的空间。当ant1和ant2通过寄生耦合共同起作用时，就相当于传统单天线方案1，即使用了ant1和ant2的辐射空间使天线的无线灵敏度达到最佳。参考表1数据，当基带功能模块不工作时，ant2和ant1共同起作用，实现了无线灵敏度的最大化-110dBm，当基带功能模块工作时，ant2失效，所有的无线灵敏度由ant1提供，为-108dBm。

本申请方案对比传统方案1，能够将基带功能模块工作时的无线灵敏度由-100dBm提升到-108dBm，即虽然受限于空间天线性能有2dB的损失，但规避了10dB的EMI干扰，整体依然有8dB的提升。

本申请方案对比传统方案2，能够将基带功能模块不工作时的无线灵敏度由-108dBm提升到-110dBm，由于最大化应用了所有天线空间，天线的辐射性能有2dB的提升。

综上所述，本申请提供的天线模组可以降低处于天线辐射空间的基带功能模块对天线的EMI干扰。从整体上看，天线的无线灵敏度在基带功能模块工作和不工作时都有明显的改善，保证终端设备具有最佳的无线通信性能，相比传统单天线方案具有显著优势。

本申请实施例提供的一种应用于终端设备的天线模组，包括主天线和辅天线，其中主天线的辐射空间远离基带功能模块，能够有效避免其对基带功能模块EMI噪声的吸收，辅天线的辐射空间充分利用了基带功能模块所在空间，可以在基带功能模块不工作时提升天线整体的辐射性能。本申请既充分利用了天线的辐射空间，又较好的规避了基带功能模块工作时产生的EMI干扰问题，保证了在各种场景下天线的无线灵敏度指标，从而提升用户的通话质量或上网体验。

图4示例性地示出了本申请实施例提供的一种终端设备，该终端设备400包括上文的实施例中描述的天线模组410和基带功能模块420。

天线模组包括主天线和辅天线，其中，主天线和辅天线的放置位置和两天线之间的距离可以根据终端设备具体的结构和基带功能模块的位置等因素设置。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种应用于终端设备的天线模组，其特征在于，所述天线模组包括主天线和辅天线；其中，所述辅天线的辐射空间内存在基带功能模块，所述主天线的辐射空间远离所述基带功能模块；

所述主天线与射频信号通路连接，所述辅天线与电子开关连接；

当所述基带功能模块工作时，所述电子开关用于将所述辅天线切换到接地状态；

当所述基带功能模块不工作时，所述电子开关用于将所述辅天线切换到开路状态或连接匹配电路状态，所述辅天线与所述主天线形成寄生耦合关系。

2.根据权利要求1所述的天线模组，其特征在于，所述电子开关，还用于接收控制信号，根据所述控制信号确定所述基带功能模块的工作状态。

3.根据权利要求1所述的天线模组，其特征在于，所述主天线还与天线调谐器连接；

所述天线调谐器用于，根据射频信号的频段，调节所述主天线连接的匹配电路。

4.根据权利要求2所述的天线模组，其特征在于，所述主天线通过第一天线弹片与所述射频信号通路和所述天线调谐器连接。

5.根据权利要求4所述的天线模组，其特征在于，所述辅天线通过第二天线弹片与所述电子开关连接。

6.根据权利要求1所述的天线模组，其特征在于，所述主天线与所述辅天线相邻设置。

7.根据权利要求1所述的天线模组，其特征在于，所述电子开关为单刀多掷开关。

8.根据权利要求1所述的天线模组，其特征在于，所述基带功能模块包括下列器件中的一种或多种：

基带传感器、摄像头、听筒、扬声器、光传感器或距离传感器。

9.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括如权利要求1至8中任一项所述的天线模组和基带功能模块。

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