CN111755839B - 一种多频天线架构 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种多频天线架构，设置于无线通信装置的基体内，包括：位于所述基体内的左外侧和右外侧区域的典型为LTE的第一天线、位于所述基体内的上外侧和下外侧区域的典型为Sub‑6GHz MIMO的第二天线以及位于所述基体内的左内侧和右内侧区域的典型为毫米波的第三天线，述上述各区域相互间隔地布置，所述第一天线、第二天线以及第三天线工作于不同的频段，所述第三天线可实现宽频大角度波束扫描，进而有效地扩展毫米波天线的辐射性能，并改善和解决了在有限空间下不同频段天线信号之间的相互干扰。本发明公开的技术方案易于集成，辐射优良，隔离度好。

Description

一种多频天线架构
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种应用于移动通信装置多频无线通讯用的天线架构。
背景技术
随着5G时代的来临，无线通信装置的天线更趋向于从单频天线向着多频化方向发展，且经常需要在有限的空间内设计布局多种不同频段天线，比如，5G(第五代移动通信技术)手机终端经常需要在有限的空间内设计布局sub-6GHz
MIMO、LTE、WIFI、GPS、毫米波等多种不同频段的天线来实现多种功能。目前，大部分天线设计将多单元的sub-6GHz MIMO天线放置于无线通信装置(比如5G手机等)的侧边，也有一些设计是将5G毫米波天线也选择放置在侧边，这些设计都是为了自身单一设计而提出的，缺乏整体考虑，并没有从整体布局上去考虑多种不同频段天线共存时布局的合理性，没有同时兼顾LTE主天线、sub-6GHz MIMO天线及毫米波天线三种类型天线的不同特点，无法解决天线单元之间的隔离度问题，特别是LTE主天线和sub-6GHz MIMO天线之间的隔离度问题，导致无线通信装置在使用中经常出现不同频段的天线信号之间互相干扰的情况，从而导致通信效率下降，进而给使用者带来不便。因此急需开发一种克服上述缺陷的天线架构，从整体上合理布局来满足多种不同频段天线共存的多功能需求。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种实现多种不同频段天线共存于有限空间内可以相互兼容的天线架构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多频天线架构，设置于无线通信装置的基体内，包括：第一天线，位于所述基体内的左外侧和右外侧区域；第二天线，位于所述基体内的上外侧和下外侧区域；第三天线，位于所述基体内的左内侧和右内侧区域；所述上述各区域相互间隔地布置，所述第一天线、第二天线以及第三天线工作于不同的频段，所述第三天线可实现宽频大角度波束扫描。
在其中的一个实施例中，所述第一天线为LTE多单元MIMO天线，所述第二天线为sub-6GHz多单元MIMO天线，所述第三天线为毫米波MIMO天线。
在其中的一个实施例中，所述第一天线的位于所述左外侧区域的上端部分和位于右外侧区域的上端部分定义为LTE主天线，其包括覆盖低频段部分，其频率范围为低频部分和高频部分，其低频段部分的频率范围为700-960MHz，其高频段部分的频率范围为1710-2690MHz。所述低频段部分经由射频开关改变接地电感值来实现调谐，所述高频段部分运用Loop天线的高次模来实现覆盖。
在其中的一个实施例中，所述第一天线的位于所述左外侧区域的下端部分和位于右外侧区域的下端部分定义为LTE副天线，覆盖高频段部分，其频率范围为1710-2690MHz。该LTE副天线采用双枝节倒F天线结构，减少与所述LTE主天线之间的耦合程度，获得较好的隔离度。
在其中的一个实施例中，所述第二天线包括Loop天线组和平面倒F天线组，所述位于上外侧区域部分的Loop天线组和平面倒F天线组之间两两相互交错排列地布置。
在其中的一个实施例中，所述位于下外侧区域部分的所述平面倒F天线组布置于所述Loop天线组的两侧。
在其中的一个实施例中，所述Loop天线组的工作频率范围为2496-2690MHz和3400-3800MHz,可通过对Loop枝节的调修优化扩频。
在其中的一个实施例中，所述平面倒F天线组的工作频率范围为3400-3800MHz,可通过调整与Loop天线组之间的间距设置及相互之间的排列组合方式来获得较好的隔离度。
在其中的一个实施例中，所述第三天线在两个相邻区域的布置是按相互垂直排列方式布置的。
在其中的一个实施例中，所述第三天线是采用4×4MIMO排列组合的方式布置的。
在其中的一个实施例中，所述左内侧区域的上侧部分、下侧部分以及所述右内侧区域的上侧部分、下侧部分均为相互间隔开的四个不同区域，分别布置于该四个区域内的所述第三天线的至少其中任意两个是相互垂直地排布，以扩宽辐射的空间角度，并提高了所述第三天线与同它相邻区域的第一天线或第二天线之间的隔离度。
在其中的一个实施例中，位于所述左内侧区域的上侧部分内的第三天线和位于所述右内侧区域的下侧部分内的第三天线均是沿竖直方向布置的，而位于所述左内侧区域的下侧部分内的第三天线和位于所述右内侧区域的上侧部分内的第三天线均是沿水平方向布置的。
在其中的一个实施例中，其中，所述第三天线的工作频率范围为24-40GHz。
在其中的一个实施例中，所述第一天线与所述第二天线之间的隔离度均大于-10dB。
在其中的一个实施例中，还包括电池，所述电池位于所述基体内的左内侧和右内侧区域之间的中间区域。
根据本发明的一种多频天线架构，可同时使多个频段的天线共存于一有限空间内而无影响功能使用的相互干扰。进一步地，在实现LTE天线、sub-6GHz MIMO天线以及毫米波天线的共存方面，通过对应频段的不同和相应天线型式的选择，使得运作于6GHz以下的多天线单元能有效共存，并且不影响毫米波天线的位置布局，从整体上提出了一个合理的无线通信装置(比如5G手机)的天线***架构。此外，毫米波天线采用模块化处理，使得毫米波天线与其它天线能够有效地排布于有限空间内，从整体架构上解决了未来多种形式天线共存工作的设计问题。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的多频天线架构的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。无线通信装置可为一手机、平板电脑、笔记本、双屏平板电脑等具有通信功能的电子设备。应注意，术语“左外侧”、“右外侧”、“左内侧”、“右内侧”、“中间区域”以及各区域的“上端部分”和“下端部分”仅出于提供对这些方位的相对位置的参考的目的来使用，不作位置限定。
请参照图1所示，示出了本发明申请提供的一种多频天线架构的一较佳实施例的结构示意图，为一种典型的5.7英寸手机模型中兼容设计LTE天线、sub-6GHz MIMO天线以及毫米波MIMO天线三种工作于不同波段频率的手机天线的天线架构解决方案。注意，本文所述的天线架构可以但不限于为应用于4G和5G通信的多频天线，另外，本文中所述的LTE定义为LTE通讯所使用的频段，这些频段用于***(4G)和第五代(5G)通讯***。
如图1所示，本发明的较佳实施例的一种多频天线架构，设置于无线通信设备的基体00内，该基体00可以是壳体或印刷电路基板等，也可以是其它载体。为了表述方便，按照预定的上下左右区位分布，将基体从投影到内部的视角观察按从左到右的顺序分为左外侧、左内侧、中间、右内侧和右外侧共五个区域，从上到下的顺序分为上外侧、中间和下外侧共三个区域，这七个区域是相互间隔开，且相互独立的。所述多频天线架构包括第一天线L1/L2/L3/L4、第二天线S1/S2/S3/S4/S5/S6/S7/S8以及第三天线A/B/C/D，所述第一天线为LTE多单元天线(此处为4单元)，以覆盖4G或5G全波段。所述第二天线为sub-6GHz MIMO多单元天线(此处为8单元)，以覆盖5G中低频波段，所述第三天线为毫米波MIMO天线(此处为8单元)，以覆盖5G毫米波波段。
上述的“多单元”是指两个以上(包含两个)单元，各天线的单元数目不应受数量限制，但天线单元数目会受到无线通信装置设计要求或被空间有所限制。
再次参照图1，所述第一天线L1/L2/L3/L4位于所述基体00内的左外侧和右外侧区域，进一步地，其中，所述第一天线L1位于右外侧区域的上端部分区域，所述第一天线L4位于所述左外侧区域的上端部分区域，所述第一天线L1和L4均用以辐射LTE主天线，在本实施例中，其天线类型为芯片低频可调的Loop天线，包括覆盖低频段部分和高频段部分，低頻段的频率范围为700-960MHz，高頻段的频率范围为1710-2690MHz。所述低频段部分采用RF开关(图中未示出，一种可实现电路的RF信号路径转变切换的转换开关)来改变接地的电感值实现调谐辐射覆盖，所述高频段部分运用Loop天线的高次模来实现辐射覆盖。进一步地，其中，所述第一天线L2位于右外侧区域的下端部分区域，所述第一天线L3位于所述左外侧区域的下端部分区域，所述第一天线L2和L3均用以作为LTE副天线，当然，根据需要，也可以作为LTE主天线使用，在本实施例中，第一天线L2和L3采用的天线类型为双枝节倒F天线，其覆盖高频段部分，工作频段为1710-2690MHz，此处，可将L2/L3和L1/L4天线的接地设计成相邻排布，这样，能有效缓解相邻且不同类型的第一天线之间的耦合程度，同时将第一天线L1和L4布设于基体00的上下端的同一侧，能改善天线在低频段的隔离度，使隔离度满足大于-10dB的设计需求，从而获得较好的隔离度。
参考图1所示，在本实施例中，所述第二天线为8个天线单元，用以辐射sub-6GHzMIMO信号，所述第二天线按照采用的两种不同的天线类型定义为两组，其中所述第二天线S1、S3、S6、S7为Loop天线类型，工作频率范围为2496-2690MHz和3400-3800MHz，可通过Loop枝节形状修改调整，覆盖频段满足现有的CA标准。其中，所述第二天线S2、S4、S5、S8为平面倒F天线类型，工作频率范围为3400-3800MHz,这种侧边共形的平面倒F天线结构能够在减小天线空间的同时，覆盖较宽的带宽，另外，通过调整与Loop天线组之间的间距设置及相互之间的排列组合方式可获得较好的隔离度。
由图1显而易见得出，所述Loop类型的第二天线S1、S3和所述平面倒F天线类型的第二天线S2、S4以两两相互交错排列成一排的方式布置于所述基体00的上外侧区域，在此上侧区域还设有SIM卡01(当然，此处SIM卡也可以是其他功能组件例如记忆卡等)；在所述下外侧区域，所述第二天线S5、S6、S7和S8从左到右依次呈一排排列地布置，这样，将所述平面倒F天线组布置于所述Loop天线组的两侧，使得Loop类型的第二天线S6、S7相邻地放置在一起，以提高隔离度。此外，如图1所示，在此下侧区域的一位置上还设有侧按键02。
以上这种布局设计，采用Loop天线S1、S3、S6、S7布置于上、下侧边框的中间是因为LOOP天线激发LTE波段2496—2690MHz,它和所述第一天线L1/L4和L2/L3之间有共用波段，将Loop天线S1、S3、S6、S7放在远离上、下侧的位置有利于改善它们和LTE天线之间的隔离度。此外，由于SIM卡01占据边框一定空间，位于上侧的SIM卡01一侧的天线单元采用体积较小的平面倒F天线(或称为IFA天线)，并将平面倒F天线、Loop天线以间隔地方式布置，从而进一步提高相应天线之间的隔离度。对于所述侧按键02所在的下侧的天线，将Loop类型的第二天线S6、S7相邻地布置在一起，同时激励loop天线的平衡模态，使得天线隔离度满足设计需要，具体地，使所述第一天线与所述第二天线之间的隔离度均大于-10dB。
如图1所示，所述第三天线A、B、C、D用以辐射毫米波信号，其工作频率范围为24-40GHz，通过合理地布置，比如，采用模块化的极化分集方案在两个相邻区域的布置是按相互垂直排列方式布置，包含由单行多列或多行单列组成之多个天线辐射单元，可实现宽频大角度波束扫描。具体地，在本实施例中，第三天线A、B、C、D以4×4MIMO排列组合的方式布置，将所述左内侧区域的上侧部分、下侧部分以及所述右内侧区域的上侧部分、下侧部分分置为相互间隔开的四个不同区域，且位于所述左内侧区域的上侧部分内的第三天线A和位于所述右内侧区域的下侧部分内的第三天线D均是沿竖直方向布置的，而位于所述左内侧区域的下侧部分内的第三天线B和位于所述右内侧区域的上侧部分内的第三天线C均是沿水平方向布置的，使它们同侧垂直地布置，从而扩宽辐射的空间角度，并同时提高了所述第三天线与同它相邻区域的第一天线或第二天线之间的隔离度。
之所以采用这种极化分集方案是由于一个毫米波天线模块只能在一个维度方向上进行波束扫描，两个毫米波模块的天线阵列的相互垂直摆放，可以使两个毫米波模块分别实现不同维度方向的波束扫描，增大毫米波模块MIMO阵列的波束覆盖范围。同时天线阵列的极化方向相互垂直，能够使毫米波MIMO阵列接收两种极化方向的电磁波，增强信号接收能力。
再次参照图1所示，还包括电池03，所述电池03位于所述基体00内的左内侧和右内侧区域之间的中间区域，以提供电源。
综上所述，本发明的多频天线架构易于集成，辐射优良，隔离度好，可以达到以下技术效果：
1)通过第一天线的LTE天线和第二天线的sub-6GHz MIMO天线之间的合理排布以及频段组合的选择，使得整体隔离度均大于-10dB，有效解决了6GHz以下的多天线单元的排布与频段选择问题。
2)第三天线的毫米波天线采用模块化处理，并且采用极化分集方式布置，使得毫米波与sub-6GHz天线以及LTE天线之间的相互影响较小，从而实现整体性能良好，从整体架构上合理的解决了未来多种形式天线共存工作的设计问题(比如5G通信)。
当然，值得说明的是，只要频段及布置的位置不变，在其它的实施例中，可以改变第一天线、第二天线的数量和天线类型/形式，或者只要第三天线的同侧垂直排列方式的布局也可以改变第三天线的模块的数量，本文不作限定。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多频天线架构，设置于无线通信装置的基体内，其特征在于，包括：
第一天线，位于所述基体内的左外侧和右外侧区域；
第二天线，位于所述基体内的上外侧和下外侧区域；
第三天线，位于所述基体内的左内侧和右内侧区域；
所述上述各区域相互间隔地布置，所述第一天线为LTE多单元MIMO天线所述第二天线为sub-6GHz多单元MIMO天线，所述第三天线为毫米波MIMO天线，所述第三天线可实现宽频大角度波束扫描，将所述左内侧区域的上侧部分、下侧部分以及所述右内侧区域的上侧部分、下侧部分分别设为相互间隔开的四个不同区域，所述第三天线分别布置于该四个所述不同区域内，所述第三天线在任意两个相邻的所述不同区域的布置是按相互垂直排列方式布置的；所述第一天线位于所述左外侧区域的上端部分和位于右外侧区域的上端部分定义为LTE主天线，其包括覆盖低频段部分和高频段部分，其低频段部分的频率范围为700-960MHz，其高频段部分的频率范围为1710-2690MHz；所述低频段部分经由射频开关改变接地电感值来实现调谐，所述高频段部分运用Loop天线的高次模来实现全覆盖；
所述第一天线的位于所述左外侧区域的下端部分和位于右外侧区域的下端部分定义为LTE副天线，覆盖高频段部分，其频率范围为1710-2690MHz；该LTE副天线采用双枝节倒F天线结构，并且将主副天线之间的接地点相邻，以减少与所述LTE多单元MIMO天线之间的耦合程度，获得较好的隔离度。
2.根据权利要求1所述的一种多频天线架构，其特征在于，所述第二天线包括Loop天线组和平面倒F天线组，所述位于上外侧区域部分的Loop天线组和平面倒F天线组之间两两相互交错排列地布置，相邻为不同天线组。
3.根据权利要求2所述的一种多频天线架构，其特征在于，所述位于下外侧区域部分的所述平面倒F天线组布置于所述Loop天线组的两侧。
4.根据权利要求2所述的一种多频天线架构，其特征在于，所述Loop天线组的工作频率范围为2496-2690MHz和3400-3800MHz,可通过对Loop枝节的调修优化扩频。
5.根据权利要求2所述的一种多频天线架构，其特征在于，所述平面倒F天线组的工作频率范围为3400-3800MHz,可通过调整与Loop天线组之间的间距设置及相互之间的排列组合方式来获得较好的隔离度。
6.根据权利要求1所述的一种多频天线架构，其特征在于，所述第三天线的子阵列呈2X4阵列排布。
7.根据权利要求1所述的一种多频天线架构，其特征在于，位于所述左内侧区域的上侧部分内的第三天线和位于所述右内侧区域的下侧部分内的第三天线均是沿竖直方向布置的，而位于所述左内侧区域的下侧部分内的第三天线和位于所述右内侧区域的上侧部分内的第三天线均是沿水平方向布置的。
8.根据权利要求6至7所述的一种多频天线架构，其特征在于，其中，所述第三天线的工作频率范围为24-40GHz。
9.根据权利要求1所述的一种多频天线架构，其特征在于，所述第一天线与所述第二天线之间的隔离度均大于-10dB。
10.根据权利要求1所述的一种多频天线架构，其特征在于，还包括电池，所述电池位于所述基体内的左内侧和右内侧区域之间的中间区域。
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