CN116846433A - 复用及堆叠方式的无线设备、天线套件、通讯设备 - Google Patents

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CN116846433A CN202310551267.9A CN202310551267A CN116846433A CN 116846433 A CN116846433 A CN 116846433A CN 202310551267 A CN202310551267 A CN 202310551267A CN 116846433 A CN116846433 A CN 116846433A
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Abstract

本申请提供基于复用及堆叠方式的无线设备、天线套件、通讯设备，涉及无线通信领域，其中，基于复用及堆叠方式的无线设备，包括：一个或多个无线局域网天线，每个无线局域网天线集成有两个不同工作频带的通信模块；双工滤波器，与所述无线局域网天线电连接，被配置为将信号耦合成两路一致的信号，并且将两路所述信号再分别经过各自对应的频带滤除工作频带外的干扰信号后分为两路；射频前端模块，与所述双工滤波器电连接，被配置为接收两路所述信号并且对所述信号进行放大和转换；收发模块，与所述射频前端模块电连接，被配置为接收来自所述射频前端模块的信号和向所述射频前端模块发送信号。

Description

复用及堆叠方式的无线设备、天线套件、通讯设备
技术领域
本申请涉及无线通信领域，尤其涉及基于复用及堆叠方式的无线设备、天线套件、通讯设备。
背景技术
多输入多输出技术在收发两端采用多副天线，能够在不增加频谱资源和通信带宽的情况下利用空间信道的多经特性提高信道容量和信号的传输速率，从而改善通信质量。
设备中的WLAN(Wireless Local Area Network-无线通信技术)模块包括了2.4GWLAN模块和5G WLAN模块，都支持多通信MIMO(multiple input multiple output-多进多出)功能。但是，目前的天线选型是高/低单频WLAN天线各两根，布局上需要考虑四根天线的摆放位置及隔离度问题。四根天线中同频的天线两两相互交错排布占用空间大不利于整体产品小型化。
发明内容
本申请提供了一种基于复用及堆叠方式的无线设备，将多频段信号模块集成在一个天线中，可以在节约成本的同时，节省天线的使用、节约天线堆叠空间及优化天线性能。
第一方面，本申请的实施例提供了一种基于复用及堆叠方式的无线设备，包括：
一个或多个无线局域网天线，每个无线局域网天线集成有两个不同工作频带的通信模块；
双工滤波器，与所述无线局域网天线电连接，被配置为将信号耦合成两路一致的信号，并且将两路所述信号再分别经过各自对应的频带滤除工作频带外的干扰信号后分为两路；
射频前端模块，与所述双工滤波器电连接，被配置为接收两路所述信号并且对所述信号进行放大和转换；
收发模块，与所述射频前端模块电连接，被配置为接收来自所述射频前端模块的信号和向所述射频前端模块发送信号。
在本申请提供的基于复用及堆叠方式的无线设备中，所述射频前端模块包括：
第一射频前端单元，与所述双工滤波器电连接，被配置为接收其中一路所述信号并且对所述信号进行放大和转换；
第二射频前端单元，与所述双工滤波器电连接，被配置为接收另外一路所述信号并且对所述信号进行放大和转换；
其中，转换包括：将在发射信号的过程中将二进制数字信号转换成电磁波信号，在接收信号的过程中将收到的电磁波信号转换成二进制数字信号。
在本申请提供的基于复用及堆叠方式的无线设备中，收发模块包括：
第一收发模块，与所述射频前端模块电连接，被配置为接收来自所述射频前端模块的2.4G信号和向所述射频前端模块发送2.4G信号；
第二收发模块，与所述射频前端模块电连接，被配置为接收来自所述射频前端模块的5G信号和向所述射频前端模块发送5G信号。
在本申请提供的基于复用及堆叠方式的无线设备中，每个无线局域网天线集成有2.4G通信模块和5G通信模块。
在本申请提供的基于复用及堆叠方式的无线设备中，所述基于复用及堆叠方式的无线设备包括两个所述无线局域网天线。
在本申请提供的基于复用及堆叠方式的无线设备中，两个所述无线局域网天线布设的间距为5cm-6.25cm。
在本申请提供的基于复用及堆叠方式的无线设备中，两个所述无线局域网天线布设的间距为5cm。
在本申请提供的基于复用及堆叠方式的无线设备中，所述基于复用及堆叠方式的无线设备还包括外壳，所述天线布设于所述外壳相对的两侧，所述双工滤波器、所述射频前端模块以及所述收发模块均设于所述外壳内部。
第二方面，本申请提供一种天线套件，包括第一方面任一项所述的基于复用及堆叠方式的无线设备、分集天线以及RF连接器，所述基于复用及堆叠方式的无线设备与所述RF连接器电连接，所述分集天线与所述基于复用及堆叠方式的无线设备通信连接。
第三方面，本申请提供一种通讯设备，包括第一方面任一项所述的基于复用及堆叠方式的无线设备。
本申请提供的基于复用及堆叠方式的无线设备，通过在一个无线局域网天线集成有两个不同工作频带的通信模块，使得无线局域网天线将信号耦合成两路一致的信号，并且将两路所述信号再分别通过双工滤波器将各自对应的频带滤除工作频带外的干扰信号后分为两路，再通过射频前端模块，接收两路所述信号并且对所述信号进行放大和转换；再通过收发模块接收来自所述射频前端模块的信号。收放模块也可向所述射频前端模块发送信号，经过接收信号逆向方式，将信号发射出去，通过上述设置，可以在节约成本的同时，节省天线的使用、节约天线堆叠空间及优化天线性能。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，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。
图1是本申请实施例提供的目前天线射频装置实施例的示意图；
图2是本申请实施例提供的目前天线射频装置堆叠实施例示意图；
图3是本申请实施例提供的天线复用装置的架构示意图；
图4是本申请实施例提供的天线复用装置的堆叠示意图；
图5是本申请实施例提供的2*2MIMO-偶极子天线平均辐射功率随天线之间距离的变化曲线；
图6是本申请实施例提供的2*2MIMO-天线间距与信道容量关系。
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。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
应当理解，为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，在本申请的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一凹槽和第二凹槽仅仅是为了区分不同的凹槽，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
无线通信技术不断更迭演进,无线局域网(Wireless Local Area Network,WLAN)的身影已经出现在社会的各行各业。多输入多输出技术在收发两端采用多副天线，能够在不增加频谱资源和通信带宽的情况下利用空间信道的多经特性提高信道容量和信号的传输速率，从而改善通信质量。
设备中的WLAN(Wireless Local Area Network-无线通信技术)模块包括了2.4GWLAN模块和5G WLAN模块，都支持多通信MIMO(multiple input multiple output-多进多出)功能。但是，目前的天线选型是高/低单频WLAN天线各两根，布局上需要考虑四根天线的摆放位置及隔离度问题。四根天线中同频的天线两两相互交错排布占用空间大不利于整体产品小型化。
参考图1和图2，示出了目前技术中的天线排布方式。
参考图3和图4，为了解决上述问题，本申请提供了基于复用及堆叠方式的无线设备，通过在一个无线局域网天线集成有两个不同工作频带的通信模块，使得无线局域网天线将信号耦合成两路一致的信号，并且将两路所述信号再分别通过双工滤波器将各自对应的频带滤除工作频带外的干扰信号后分为两路，再通过射频前端模块，接收两路所述信号并且对所述信号进行放大和转换；再通过收发模块接收来自所述射频前端模块的信号。收放模块也可向所述射频前端模块发送信号，经过接收信号逆向方式，将信号发射出去，通过上述设置，可以在节约成本的同时，节省天线的使用、节约天线堆叠空间及优化天线性能。
一种基于复用及堆叠方式的无线设备，包括：
一个或多个无线局域网天线，每个无线局域网天线集成有两个不同工作频带的通信模块；
双工滤波器，与所述无线局域网天线电连接，被配置为将信号耦合成两路一致的信号，并且将两路所述信号再分别经过各自对应的频带滤除工作频带外的干扰信号后分为两路；
射频前端模块，与所述双工滤波器电连接，被配置为接收两路所述信号并且对所述信号进行放大和转换；
收发模块，与所述射频前端模块电连接，被配置为接收来自所述射频前端模块的信号和向所述射频前端模块发送信号。
通过在一个无线局域网天线集成有两个不同工作频带的通信模块，使得无线局域网天线将信号耦合成两路一致的信号，并且将两路所述信号再分别通过双工滤波器将各自对应的频带滤除工作频带外的干扰信号后分为两路，再通过射频前端模块，接收两路所述信号并且对所述信号进行放大和转换；再通过收发模块接收来自所述射频前端模块的信号。收放模块也可向所述射频前端模块发送信号，经过接收信号逆向方式，将信号发射出去，通过上述设置，可以在节约成本的同时，节省天线的使用、节约天线堆叠空间及优化天线性能。
WLAN是Wireless Local Area Network的简称，指应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。无线局域网本质的特点是不再使用通信电缆将计算机与网络连接起来，而是通过无线的方式连接，从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。
滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。换句话说，凡是可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置。
射频前端(Radio Frequency Front-End，RFFE)是无线通信模块的核心组件。无线通信模块主要包含天线、射频前端、主芯片三部分，用于信号发射、信号接收过程中二进制信号和无线电磁波信号的相互转换：在发射信号的过程中将二进制信号转换成高频率的无线电磁波信号；在接收信号的过程中将收到的电磁波信号转换成二进制数字信号。
射频前端主要包含滤波器(Filter)、功率放大器(PA)、射频开关(Switch/Tuner)、低噪声放大器(LNA)四类器件组成。
滤波器(包含双工器、三工器等)：在发射及接收通路中都有应用，用于滤除特定频率的信号，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。双工器由两个不同频率的带阻滤波器组成，因为频分复用(FDD)，接收和发射通道会同时运作，双工器用来防止接收信号被发射信号干扰，随着下行载波聚合要求(三载波、四载波甚至五载波聚合)的增加，三工器、四工器等多工器的需求也逐渐增加；
功率放大器：应用于发射通道中，用于将射频信号放大。
开关(包含Switch和Tuner)：传导开关(Switch)用于实现电路的切换功能，包含接收电路和发射电路的切换、不同频段间的切换等。天线调谐器(Tuner)主要由开关和被动元件组成，也叫做天线调谐开关，用于提升天线效率。
低噪声放大器：是一种噪声系数微弱的放大器，应用于接收通道中，用于将接收通路中的小信号放大。
本方案选用双频天线将所需的2.4G和5G WLAN的工作频带在同一根天线上实现同时覆盖，使2.4G和5G模块MIMO天线数量需求从两对2*2MIMO减少为一对2*2MIMO。看其中一条接收链路，双频信号通过天线被接收下来后经过双工滤波器。双工滤波器将信号耦合成两路一致的信号，两路信号再分别经过不同频带选择的滤波器滤除相应工作频带外的干扰信号后分为两路：2.4G、5G信号。接着两路信号再分别经过对应的射频前端模块最后到对应收发模块进行分集合并。
收发模块用于信号发射、信号接收过程中二进制数字信号和电磁波信号的相互转换：在发射信号的过程中将二进制数字信号转换成电磁波信号；在接收信号的过程中将收到的电磁波信号转换成二进制数字信号。
在一些实施例中，所述射频前端模块包括：
第一射频前端单元，与所述双工滤波器电连接，被配置为接收其中一路所述信号并且对所述信号进行放大和转换；
第二射频前端单元，与所述双工滤波器电连接，被配置为接收另外一路所述信号并且对所述信号进行放大和转换；
其中，转换包括：将在发射信号的过程中将二进制数字信号转换成电磁波信号，在接收信号的过程中将收到的电磁波信号转换成二进制数字信号。
本申请的基于复用及堆叠方式的无线设备，不仅适用于智能手机领域，还将广泛应用于包括汽车、扩展现实、PC、可穿戴设备、移动宽带以及物联网终端，覆盖从低复杂度到高复杂度的几乎所有终端类型。
在一些实施例中，收发模块包括：
第一收发模块，与所述射频前端模块电连接，被配置为接收来自所述射频前端模块的2.4G信号和向所述射频前端模块发送2.4G信号；
第二收发模块，与所述射频前端模块电连接，被配置为接收来自所述射频前端模块的5G信号和向所述射频前端模块发送5G信号。
2.4G和5G是指频段是G Hz。2.4G是一种无线技术，由于其频段处于2.400GHz～2.4835GHz之间，所以简称2.4G无线技术。2.4G WLAN是指基于IEEE 802.11b的技术标准，而IEEE 802.11b基于2.4G Hz的频段的IEEE802.11系列标准的产品。5G WLAN则是指基于IEEE802.11ac标准开发的无线技术，因为IEEE 802.11ac技术本身工作在5G Hz频段，因而又叫5G WLAN。
在一些实施例中，每个无线局域网天线集成有2.4G通信模块和5G通信模块。
在一些实施例中，所述基于复用及堆叠方式的无线设备包括两个所述无线局域网天线。
通过该设置，可以减少天线设备的占用体积，使得无线设备小型化。
参考图3和图4，给出本申请提供的示例，例如，第一双工滤波器与第一射频前端模块连接，与第三射频前端模块连接，第一射频前端模块与第一收发模块(2.4G)连接，第二收发模块(5G)与第三射频前端模块连接。第二双工滤波器与第二射频前端模块连接，与第四射频前端模块连接，第二射频前端模块与第一收发模块(2.4G)连接，第二收发模块(5G)与第四射频前端模块连接。
在一定的布局空间范围内，天线复用可更好的节约布局空间，增加天线隔离间距并且方式简便。
在一些实施例中，两个所述无线局域网天线布设的间距为5cm-6.25cm。
参考图5和图6，在一定范围内平均辐射功率随天线之间距离的增加而增加而后趋于平缓。天线间距＜0.4时，平均发射功率较低。当天线间距>0.4时，天线平均发射功率趋于稳定。为了确保天线间的互耦合效应不至于过度影响发射端的辐射功率，天线间距选取＝0.4。不考虑板材介质影响的情况下，根据波长＝光速/频率。大概计算得出间距为5cm。
互偶效应影响下2*2MIMO多天线系统信道容量与天线间距的关系。天线间距越小，天线相关性和互偶效应越强，信道容量越小的规律同样存在。天线间距＜0.5时，间距增大信道容量增大。但间距＞0.5后，天线间距增大信道容量基本保持不变。间距＝0.5左右基本满足弱相关性的要求，再增大天线间距对减小相关性和提升系统容量作用有限。故选择间距＝0.5，不考虑板材介质影响的情况下，根据波长＝光速/频率。大概计算得出间距为6.25cm。
天线间距选择5～6.25cm之间较为合适。考虑实际板材介质影响的情况下，天线间距的选取会比实际计算更小所以最终选定间距5cm。
采用本布局方式，节省/优化布局空间、增加同频天线间的隔离距离、降低同频天线间的相关性、提高分集天线的分集增益性能。
在一些实施例中，两个所述无线局域网天线布设的间距为5cm。
在一些实施例中，所述基于复用及堆叠方式的无线设备还包括外壳，所述天线布设于所述外壳相对的两侧，所述双工滤波器、所述射频前端模块以及所述收发模块均设于所述外壳内部。
第二方面，本申请提供一种天线套件，包括第一方面任一项所述的基于复用及堆叠方式的无线设备、分集天线以及RF连接器，所述基于复用及堆叠方式的无线设备与所述RF连接器电连接，所述分集天线与所述基于复用及堆叠方式的无线设备通信连接。
RF连接器即射频同轴连接器，是装接在电缆上或安装在仪器上的一种元件，作为传输线电气连接或分离的元件。RF连接器属于机电一体化产品，主要起桥梁作用。
第三方面，本申请提供一种通讯设备，包括第一方面任一项所述的基于复用及堆叠方式的无线设备。
本申请提供的通讯设备，通过在一个无线局域网天线集成有两个不同工作频带的通信模块，使得无线局域网天线将信号耦合成两路一致的信号，并且将两路所述信号再分别通过双工滤波器将各自对应的频带滤除工作频带外的干扰信号后分为两路，再通过射频前端模块，接收两路所述信号并且对所述信号进行放大和转换；再通过收发模块接收来自所述射频前端模块的信号。收放模块也可向所述射频前端模块发送信号，经过接收信号逆向方式，将信号发射出去，通过上述设置，可以在节约成本的同时，节省天线的使用、节约天线堆叠空间及优化天线性能。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于复用及堆叠方式的无线设备，其特征在于，包括：
一个或多个无线局域网天线，每个无线局域网天线集成有两个不同工作频带的通信模块；
双工滤波器，与所述无线局域网天线电连接，被配置为将信号耦合成两路一致的信号，并且将两路所述信号再分别经过各自对应的频带滤除工作频带外的干扰信号后分为两路；
射频前端模块，与所述双工滤波器电连接，被配置为接收两路所述信号并且对所述信号进行放大和转换；
收发模块，与所述射频前端模块电连接，被配置为接收来自所述射频前端模块的信号和向所述射频前端模块发送信号。
2.根据权利要求1所述的基于复用及堆叠方式的无线设备，其特征在于，所述射频前端模块包括：
第一射频前端单元，与所述双工滤波器电连接，被配置为接收其中一路所述信号并且对所述信号进行放大和转换；
第二射频前端单元，与所述双工滤波器电连接，被配置为接收另外一路所述信号并且对所述信号进行放大和转换；
其中，转换包括：将在发射信号的过程中将二进制数字信号转换成电磁波信号，在接收信号的过程中将收到的电磁波信号转换成二进制数字信号。
3.根据权利要求1所述的基于复用及堆叠方式的无线设备，其特征在于，收发模块包括：
第一收发模块，与所述射频前端模块电连接，被配置为接收来自所述射频前端模块的2.4G信号和向所述射频前端模块发送2.4G信号；
第二收发模块，与所述射频前端模块电连接，被配置为接收来自所述射频前端模块的5G信号和向所述射频前端模块发送5G信号。
4.根据权利要求1所述的基于复用及堆叠方式的无线设备，其特征在于，每个无线局域网天线集成有2.4G通信模块和5G通信模块。
5.根据权利要求1所述的基于复用及堆叠方式的无线设备，其特征在于，所述基于复用及堆叠方式的无线设备包括两个所述无线局域网天线。
6.根据权利要求5所述的基于复用及堆叠方式的无线设备，其特征在于，两个所述无线局域网天线布设的间距为5cm-6.25cm。
7.根据权利要求5所述的基于复用及堆叠方式的无线设备，其特征在于，两个所述无线局域网天线布设的间距为5cm。
8.根据权利要求5所述的基于复用及堆叠方式的无线设备，其特征在于，所述基于复用及堆叠方式的无线设备还包括外壳，所述天线布设于所述外壳相对的两侧，所述双工滤波器、所述射频前端模块以及所述收发模块均设于所述外壳内部。
9.一种天线套件，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的基于复用及堆叠方式的无线设备、分集天线以及RF连接器，所述基于复用及堆叠方式的无线设备与所述RF连接器电连接，所述分集天线与所述基于复用及堆叠方式的无线设备通信连接。
10.一种通讯设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的基于复用及堆叠方式的无线设备。
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