CN113659309A - 天线装置和电子设备 - Google Patents

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CN113659309A CN202010398777.3A CN202010398777A CN113659309A CN 113659309 A CN113659309 A CN 113659309A CN 202010398777 A CN202010398777 A CN 202010398777A CN 113659309 A CN113659309 A CN 113659309A
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Abstract

本申请提供一种天线装置和电子设备。天线装置包括：多个间隔设置的天线单元、多个去耦网络、去耦传输线和接地层。其中，多个去耦网络与多个天线单元一一对应，每个去耦网络均包括闭环结构和连接在闭环结构上的第一传输线和第二传输线；闭环结构上设有第一输出端口和第二输出端口，第一传输线用于与射频芯片连接，第二传输线的一端连接第一输出端口，另一端连接对应的天线单元；去耦传输线连接在相邻的去耦网络的第二输出端口之间；接地层与多个去耦网络间隔叠设，接地层开设有槽缝，槽缝的至少一部分与闭环结构重叠。电子设备包括上述天线装置。

Description

天线装置和电子设备
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、具有该天线装置的电子设备、以及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***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。为了改善单个天线单元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按照一定的几何结构排列起来组成阵列天线，从而增强天线的辐射性能，产生较为灵活的方向图，以满足不同场景的需求。
发明内容
本申请的一方面提供一种天线装置，包括：多个间隔设置的天线单元、多个去耦网络、去耦传输线和接地层。其中，多个去耦网络与所述多个天线单元一一对应，每个所述去耦网络均包括闭环结构和连接在所述闭环结构上的第一传输线和第二传输线；所述闭环结构上设有第一输出端口和第二输出端口，所述第一传输线用于与射频芯片连接，所述第二传输线的一端连接所述第一输出端口，另一端连接对应的天线单元；去耦传输线连接在相邻的去耦网络的第二输出端口之间；接地层与所述多个去耦网络间隔叠设，所述接地层开设有槽缝，所述槽缝的至少一部分与所述闭环结构重叠。
本申请的另一方面提供一种电子设备，包括壳体、显示屏组件、射频芯片和天线装置。其中，显示屏组件与所述壳体连接，并与所述壳体形成容置空间；射频芯片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：多个间隔设置的天线单元、多个去耦网络、去耦传输线和接地层。其中，多个去耦网络与所述多个天线单元一一对应，每个所述去耦网络均包括闭环结构和连接在所述闭环结构上的第一传输线和第二传输线；所述闭环结构上设有第一输出端口和第二输出端口，所述第一传输线用于与射频芯片连接，所述第二传输线的一端连接所述第一输出端口，另一端连接对应的天线单元；去耦传输线连接在相邻的去耦网络的第二输出端口之间；接地层与所述多个去耦网络间隔叠设，所述接地层开设有槽缝，所述槽缝的至少一部分与所述闭环结构重叠。
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，只需对去耦传输线的长度和三端口网络的S参数进行配置，即可精确定义天线单元之间的耦合度，即能降低天线单元间的互耦，拓展扫描角，提升扫描增益。进一步地，还能依据去耦前隔离度的幅度计算出定向功分器的功分比，再依据公式确定功分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宽度，以便制作出功分器。基于此方法，可以提高多天线***的隔离度。此外，本申请的去耦网络包括闭环结构，闭环结构具有第一、第二输出端口，并在天线地板上开设槽缝，且槽缝的至少一部分与闭环结构重叠，从而可以使得功分器的第一输出端口和第二输出端口之间的干扰影响等幅反相、相互抵消，进而使得第一、第二输出端口之间将互相不再有影响，因而可显著提升功分器主体的两个输出端口之间的隔离度。另外，本申请的功分器主体的两个输出端口之间无需设置隔离电阻，可以降低插损。
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是本申请实施例的一种电子设备的结构示意图；
图2是本申请实施例的阵列天线的去耦原理示意图；
图3是本申请实施例的阵列天线的结构示意图；
图4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5是本申请实施例的一种电子设备的结构示意图；
图6是本申请实施例的天线装置的仰视图；
图7是本申请实施例的天线装置的两个天线单元的层状结构示意图；
图8是本申请另一实施例的天线装置的示意图；
图9是本申请又一实施例的天线装置的俯视图；
图10是图9中两个天线单元的主视图，其中，省略了天线装置的基板；
图11是图9中的一个天线单元的立体示意图，其中，省略了天线装置的基板；
图12示出了连接去耦网络前后天线单元的隔离度对比曲线；
图13示出了去耦前孤立的天线单元的反射参数曲线；
图14示出了去耦后天线单元的反射参数曲线；
图15示出了连接去耦网络前后，波束扫描至0°时天线装置的增益扫频的比对曲线；
图16示出了连接去耦网络前后，波束扫描至45°时天线装置的增益扫频的比对曲线；
图17示出了连接去耦网络前后，波束扫描至50°时天线装置的增益扫频的比对曲线；
图18示出了去耦网络传输系数曲线；以及
图19示出了去耦网络的反射参数。
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阻抗不匹配引起的反射损耗等，从而使得天线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***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对手机的各个构成部件进行具体的介绍：
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***、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CPU103、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CPU103和存储器102。
I/O子***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***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***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CPU103、I/O子***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***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匹配网络连接。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，其中，天线单元10可称为第一天线单元10，天线单元20可称为第二天线单元20。如图2所示，天线单元10和天线单元20相邻。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。
阵列天线还包括去耦结构。其中，去耦结构包括去耦网络和与去耦网络连接的去耦传输线。具体地，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30，天线单元20对应的是第二去耦网络30’。第一去耦网络30和第二去耦网络30’均为三端口网络。第一去耦网络30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30’的去耦合端口(a3,b3)。第二去耦网络30’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30的去耦合端口(a’3,b’3)。其中，a1、a2、a3、a’1、a’2和a’3是入射电压波振幅，b1、b2、b3、b’1、b’2和b’3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。图2中长度为d1的传输线形成输出端口(a2,b2)，并且具有阻抗Z2。长度为d2的传输线形成输出端口(a’2,b’2)，并且具有阻抗Z2。其中，d1和d2可以相等。长度为d5的去耦传输线连接第一去耦网络30的去耦合端口(a3,b3)与第二去耦网络30’去耦合端口(a’3,b’3)，并具有阻抗Z3。其中，第一去耦网络30与去耦传输线形成功分器，以将从第一去耦网络30的输入端口(a1,b1)输入的功率按该功分器的功分比分配至第一天线单元10和去耦传输线。第二去耦网络30’与去耦传输线形成功分器，以将从第二去耦网络30’的输入端口(a’1,b’1)输入的功率按照该预设比例分配至第二天线单元30和去耦传输线33，从而抵消两个天线单元10、20之间的互耦。
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阻抗Z2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d5的去耦传输线也应如此理解。
如图3所示，其是本申请实施例的用于阵列天线的去耦结构示意图，其中至少第一去耦网络30、第二去耦网络30’以及连接在其间的去耦传输线33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。
下文以图3中天线单元10对应的第一去耦网络30和天线单元20对应的第二去耦网络30’做为示例进行具体介绍，可以理解的是，第二去耦网络30’可以与第一去耦网络30相同。
具体地，第一去耦网络30为三端口网络。在一些实施例中，该三端口网络包括闭环结构34和连接在闭环结构34上的第一传输线31和第二传输线32。闭环结构34上设有第一输出端口和第二输出端口，第一传输线31用于与馈源40连接，第二传输线32的一端连接第一输出端口，另一端连接对应的天线单元10。
其中，闭环结构34可以是功分器，包括第一分支341、第二分支342和微带连接线343。第一分支341的第一端与第二分支342的第一端连接于第一传输线31的同一端，第一分支341的第二端形成第一输出端口。第二分支342的第二端形成第二输出端口。其中，第二输出端口即第一去耦网络30的去耦合端口。第一分支341和第二分支342的长度相等，或者，第一分支341和第二分支342的长度差等于波长，从而可以保持功分器两个输出端口的相位相同。微带连接线343连接在第一输出端口和第二输出端口之间，以形成封闭的结构，使得两路信号的汇合处等幅反相，实现叠加对消，即在两路信号的汇合处，两路信号走过的路程差是一倍波长。第一分支341、第二分支342和微带连接线343依次首尾相连而形成封闭的形状，该封闭形状的功分器与天线单元10的接地层上开设的槽缝配合，是的封闭结构34的第一输出端口和第二输出端口之间的干扰影响等幅反向，进而相互抵消，从而提升封闭结构34的第一输出端口和第二输出端口之间的隔离度。一些实施例中，第一分支341、第二分支342和微带连接线343均呈弧形，进而围成圆环形。在其他一些实施例中，第一分支341、第二分支342和微带连接线343还可以围成椭圆环形，或者多边形。在一些实施例中，闭环结构34可以呈轴对称图形。
第一传输线31的第一端与第一分支341和第二分支342的第一端连接，第一传输线31的第二端形成第一去耦网络30的输入端口。第二传输线32的第一端与第一分支341的第二端(即，闭环结构34的第一输出端口)连接，第二传输线32的第二端形成第一去耦网络30的输出端口。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。
第二去耦网络30’也可以为三端口网络，包括闭环结构34’和连接在闭环结构34’上的第一传输线31’和第二传输线32’。
闭环结构34’也可以是功分器，包括第一分支341’、第二分支342’和微带连接线343’。第一分支341’的第一端与第二分支342’的第一端连接于第一传输线31’的同一端，第一分支341’的第二端形成第一输出端口。第二分支342’的第二端形成第二输出端口。微带连接线343’连接在第一输出端口和第二输出端口之间，以形成封闭的结构，使得两路信号的汇合处等幅反相，实现叠加对消，即在两路信号的汇合处，两路信号走过的路程差是一倍波长。
第一传输线31’的第一端与第一分支341’和第二分支342’的第一端连接，第一传输线31’的第二端形成第二去耦网络30’的输入端口。第二传输线32’的第一端与第一分支341’的第二端(即，闭环结构34’的第一输出端口)连接，第二传输线32’的第二端形成第二去耦网络30’的输出端口。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。
去耦传输线33的第一端连接在第一去耦网络30的去耦合端口(即，第二输出端口)，去耦传输线33的第二端连接在第二去耦网络30’的去耦合端口(即，第二输出端口)，从而将第一去耦网络30和第二去耦网络30’连接在一起。
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。
以下以第一去耦网络30的电流走向进行介绍：电流从馈源40从第一传输线31的第一端(即，第一去耦网络30的输入端口)流入第一传输线31，在第一传输线31的第二端按功分比分成两路流向第一分支341和第二分支342。进入第一分支341的电流从封闭结构34的第一输出端口流入第二传输线32，并从第二传输线32的第二端(即，第一去耦网络30的输出端口)经天线单元10的馈电端口进入天线单元10。进入第二分支342的电流则从封闭结构34的第二输出端口流入去耦传输线33，从而实现去耦合作用。上述实施例只是从功分器进行功率分配方面进行描述，可以理解地，上述实施例的功分器可以用在功率合成方面，其电流走向在此不做赘述。
本申请实施例的去耦传输线33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之间的耦合度可以通过第一去耦网络30、第二去耦网络30’的散射参数(即，S参数)和去耦传输线33的长度来进行确定。例如，要求两个天线单元10、20之间的耦合度达到预设耦合度D，则，可以将三端口网络的S参数和去耦传输线33的长度配置为使天线单元10、20之间的耦合度满足预设耦合度D。
容易明白的是，当第一去耦网络30和第二去耦网络30’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30和第二去耦网络30’相同的情况下，两个天线单元10、20之间的耦合度与三端口网络(第一去耦网络30或第二去耦网30’)的S参数以及去耦传输线的长度之间的关系可以通过以下方式获得：
去耦网络的[S]矩阵为：
Figure BDA0002488524190000051
其中，S11、S22、S33是三端口网络单独存在时的三个端口的反射系数；S12是输入端口直馈到输出端口的功率；S13是从输入端口馈到去耦合端口的功率；S23是从去耦合端口馈到输出端口的功率。
可将S11、S22、S33和S23设计为0，使该S参数矩阵为：
Figure BDA0002488524190000052
在图2中的参考面Ⅱ处，三端口网络的去耦合端口连接了长度为d5的去耦传输线，两个三端口网络组成的六端口网络的S参数关系式为：
Figure BDA0002488524190000053
Figure BDA0002488524190000054
其中，k为波数，e为自然常数，j为虚数的表示符号。
将式(3)中的矩阵写成分块矩阵形式：
Figure BDA0002488524190000055
将式(5)改写成方程组形式：
Figure BDA0002488524190000056
将式(4)简写为：
[a2]＝[Γ]·[b2] (7)
将式(7)代入式(6)可得：
Figure BDA0002488524190000057
由式(8)中第②式可得：
[b2]＝{E-[S22][Γ]}-1[S21][a1] (9)
其中，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)可知，两个三端口网络之间通过去耦传输线连接后形成的四端口网络(1、2、1’、2’)的S参数矩阵为：
SFour-port＝[S11]+[S12][Γ]{E-[S22][Γ]}-1[S21] (11)
在此指出，这里的四端口网络的四个端口是指两个三端口网络连接后，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),即可得到该四端口网络的新的S参数矩阵为：
Figure BDA0002488524190000061
将该四端口网络的端口顺序调整为1→1′→2→2′，则式(12)变为：
Figure BDA0002488524190000062
将式(13)改写成分块矩阵的形式：
Figure BDA0002488524190000063
设该两个天线单元形成的二元天线阵的S参数矩阵为：
Figure BDA0002488524190000064
式(15)中，S’12为二元天线初始隔离度的强度，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的输入反射系数、正向传输系数(增益)和输出反射系数。
两个三端口网络之间通过去耦传输线连接在一起后，形成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(1、1’)网络。该二端口网络的S参数矩阵为:
[S]＝[S11]+[S12][Sarray]{E-[S22][Sarray]}-1[S21] (16)
在此指出，这里的二端口网络的两个端口是指两个三端口网络之间连接后、且分别连接了两个天线单元10和20之后，剩下的两个用于与馈源连接的端口(a1,b1)和(a’1,b’1)。
将式(13)与式(14)所定义的分块矩阵代入式(16)，可得：
Figure BDA0002488524190000071
由式(17)可知，
Figure BDA0002488524190000072
其中，S’12为初始隔离度的强度，即，两个相邻的天线单元10和20之间未连接第一去耦网络30和第二去耦网络30’时的隔离度的强度。
由此可知，通过设计去耦传输线33的长度d5，以及三端口网络的S参数，即可精确定义天线间的耦合度。也即，当预设好所需的耦合度后，上式可表示为：
Figure BDA0002488524190000073
因此，可以将去耦传输线33的长度d5和三端口网络的S参数配置为使天线单元10、20之间的耦合度满足预设耦合度。
在一些实施例中，第一去耦网络30与去耦传输线33可形成功分器。第二去耦网络30’与去耦传输线33也可形成功分器。在这种情况下，可以通过配置去耦传输线33的长度和功分器的功分比来使两个天线单元10、20之间的耦合度置零。
去耦传输线33的长度和功分器的功分比可以由两个天线单元10、20之间的初始隔离度来确定，其中，初始隔离度为两个天线单元之间未连接去耦网络时的隔离度。即，一些实施例中，两个天线单元10、20之间可以根据初始隔离度配置功分比和去耦传输线33的长度来为使两个天线单元10、20之间的耦合度置零。
具体地，功分器的功分比的可以通过两个天线单元之间的初始隔离度的强度(即S’12)来确定。去耦传输线33的长度则可以通过两个天线单元10、20之间的初始隔离度的相位(φ′12)来确定。
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 BDA0002488524190000074
由式(18)可知：
Figure BDA0002488524190000075
其中，
Figure BDA0002488524190000076
为功分器的功分比，因此，去耦网络的S参数可以根据功分比确定。
由式(19)可知，若令
Figure BDA0002488524190000077
且φ12＝φ13，则
Figure BDA0002488524190000078
Figure BDA0002488524190000079
由此可知，将功分器的功分比配置为与两个天线单元10、20的初始隔离度的强度之间满足式(21)的关系，并将去耦传输线33的长度配置为与两个天线单元10、20的初始隔离度的相位之间满足式(21)的关系，则可实现两个天线单元10、20之间的耦合度置零。
具体地，初始隔离度的强度S’12和相位φ′12是已知的，波数k与波长λ的关系是已知的，因此，用波长λ表示波数k，并代入式(21)，可得出d5的计算公式：
Figure BDA00024885241900000710
因此，计算出功分器的功分比以及去耦传输线33的长度d5之后，可以设计出具有该功分比的功分器和具有该长度的去耦传输线33，以实现耦合度置零。
在一些实施例中，功分器的功分比与第一传输线31、第一分支341和第二分支342的特性阻抗相关。由上述实施例可知，功分器的功分比可以根据初始隔离度的强度获知，因而，可以由此获知的功分比以及第一传输线31的特性阻抗来确定第一分支341和第二分支342的特性阻抗。因此，第一分支341和第二分支342的特性阻抗均可根据第一传输线31的特性阻抗和初始隔离度的强度来确定。
具体地，第一分支341的特性阻抗Z2与第一传输线31的特性阻抗Z1以及功分比(初始隔离度的强度S’12)满足以下关系：
Z2＝(1+|S’12|)ⅹZ1 (23)
第二分支342的特性阻抗Z3与第一传输线31的特性阻抗Z1以及功分比(即初始隔离度的强度S’12)满足以下关系：
Figure BDA0002488524190000081
因此，由上述可知，通过预设耦合度可以获知所要求的功分器的功分比，然后可以根据该功分比可以获知所需要的第一分支341的特性阻抗Z2和第二分支342的特性阻抗Z3，从而配置去耦网络的第一分支341和第二分支342，使得第一分支341的特性阻抗满足所需要的特性阻抗Z2，并使第二分支342的特性阻抗满足所需要的特性阻抗Z3。
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，即，第一分支341的线宽根据第一分支341的特性阻抗来确定。第二分支342的线宽根据第二分支342的特性阻抗来确定。例如，按照上述关系式获得第一分支341的特性阻抗Z2之后，可以将第一分支341的线宽配置为使其特性阻抗满足上述特性阻抗Z2。举例而言，确定所需的第一分支341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Z2，即可计算出第一分支341的线宽。因此，根据该计算结果来配置第一分支341的线宽，从而获得具有上述特性阻抗Z2的第一分支341。
类似地，可以通过配置第二分支342的线宽来使第二分支342满足上述所需的特性阻抗Z3。第二分支342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Z3来计算。因此，根据该计算结果来配置第二分支342的线宽，从而获得具有上述特性阻抗Z3的第二分支342。
在一些实施例中，天线单元10、20的馈电端口的输入阻抗是50Ω匹配的，因此，将第二传输线32配置为3段1/4λ长度的传输线，即，将第二传输线32的长度配置为3/4λ，以使其阻抗匹配至50Ω。
结合上述去耦结构，本申请还提出了一种用于天线装置的去耦方法，该天线装置可以是上述任一实施例的天线装置。图7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4所示，该去耦方法主要可以包括以下操作S101-S105。
操作S101：获取第一天线单元和第二天线单元之间的初始隔离度的强度；其中，初始隔离度为第一天线单元和第二天线单元未连接第一去耦网络和第二去耦网络时的隔离度。
操作S102：根据初始隔离度的强度确定功分器的功分比。
操作S103：将馈入第一去耦网络的功率按功分比分配至第一天线单元和去耦传输线。
在一些实施例中，该去耦方法还包括以下操作：获取初始隔离度的相位；根据初始隔离度的相位确定所述去耦传输线的长度。
在一些实施例中，第一天线单元和第二天线单元之间的耦合度根据去耦传输线的长度和第一三端口网络与第二三端口网络的散射参数确定。
在一些实施例中，根据以下关系式确定第一天线单元和第二天线单元之间的耦合度：
Figure BDA0002488524190000082
＝耦合度；其中，S’12为第一天线单元和第二天线单元之间的初始隔离度度的强度，初始隔离度为第一天线单元和第二天线单元未连接第一三端口网络和第二三端口网络时的隔离度；S12和S13为第一三端口网络的散射参数；d5为去耦传输线的长度；k为波数，e为自然常数，j为虚数的表示符号。
在一些实施例中，根据第一天线单元和第二天线单元的初始隔离度的相位设置去耦传输线的长度。
在一些实施例中，根据前述关系式(21)确定功分器的功分比和去耦传输线的长度。在一些实施例中，根据第一传输线的特性阻抗和初始隔离度的强度确定第一分支和第二分的特性阻抗。
在一些实施例中，根据前述关系式(23)确定第一分支的特性阻抗。
在一些实施例中，根据前述关系式(24)确定第二分支的特性阻抗。
在一些实施例中，根据第一分支的特性阻抗来计算第一分支的线宽，和根据第二分支的特性阻抗来计算和第二分支的线宽。
在一些实施例中，根据前述关系式(22)确定去耦传输线的长度。
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5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5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。
一些实施例中，天线装置60可以包括多个间隔设置的天线单元、多个去耦网络以及去耦传输线。多个去耦网络与多个天线单元一一对应，去耦传输线则连接在相邻的去耦网络之间。其中，去耦网络则可以是上述任一实施例的去耦网络。
一些实施例中，天线装置60的多个天线单元可以是图6所示的四元直线阵，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7，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8仅示出2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内的多根馈线以及设置在第三基板63内的多个去耦网络(例如，第一去耦网络30、第二去耦网络30’)以及连接在他们之间的去耦传输线33a。其中，多根馈线、多个去耦网络以及多个天线单元一一对应。本实施例以天线单元10a、第一去耦网络30和对应的馈线进行介绍。馈线用于将对应的天线单元10a、去耦网络30与射频芯片64连接。去耦传输线33a则用于将相邻的天线单元10a、20a对应的第一去耦网络30和第二去耦网络30’连接在一起，用以抵消天线单元10a、20a之间的耦合。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7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7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。请结合图6，接地层665上还开设有槽缝665b，槽缝665b的至少一部分与闭环结构34重叠。一些实施例中，槽缝665b可以围成轴对称图形。槽缝665b的对称轴与闭环结构34的对称轴重叠。一些实施例中，槽缝665b可以围成封闭形状。在另一些实施例中，槽缝665b可以包括闭环槽665d和从闭环槽665d上延伸出的条形槽665c，条形槽665c的至少一部分与闭环结构34重叠。其中，条形槽665c的至少一部分与微带连接线343重叠，微带连接线343相对于条形槽665c对称设置。闭环结构34以及闭环槽665d均相对于条形槽665c所在直线对称。闭环槽665d可以呈圆环形、椭圆环形、多边形或者蛇形等封闭形状。具体地，当条形槽665c被激励时，条形槽665c中心面相对于一电壁，条形槽665c末端为闭环槽665d，信号由条形槽665c进入闭环槽665d时，分成两路大小相等、相位相反的信号。在闭环槽665d的另一侧与条形槽665c相对的位置处，两路信号相互抵消。在一些实施例中，条形槽665c的长度可以为1/4λ，从而更有利于调节网络匹配特性。
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，并为多层结构。如图7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、沙漏状或者椎体状。
射频芯片64设置在第三基板63远离第一基板61的一侧，相当于前述实施例馈源，例如第一馈源40和第二馈源40’。当有多个馈源时，多个馈源可以相同或不同。
馈线包括第一馈线65和第二馈线67。去耦网络30、30’分别连接在对应的第一馈线65和第二馈线67之间。第一馈线65的一端设置在第三基板63远离第二基板62的一侧以连接射频芯片64，另一端延伸至第三基板63内，即，穿过第三基板63的馈线过孔634以连接至去耦网络30。第二馈线67的一部分设置在第三基板67内以连接去耦网络30，另一部分贯穿第二基板，即，穿过第二基板62的馈线过孔624以将连接对应的天线单元10a。因此，射频芯片64、第一馈线65、去耦网络30、第二馈线67和天线单元10依次连接，实现了天线单元10和射频芯片64之间的信号传输。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665相互绝缘。
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7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，并穿过半固化片上的信号过孔635而与射频芯片64连接。
此外，第三基板63还用于承载多个去耦网络和去耦传输线33a，去耦网络可以是前述任一实施例的去耦网络。第一去耦网络30连接在对应的第一天线单元10a与射频芯片64之间。第二去耦网络30’则连接在对应的第二天线单元20a与射频芯片64之间。去耦传输线33a的两端分别连接在第一去耦网络30a及第二去耦网络30a’的去耦合端口上。第一去耦网络30为三端口网络，包括闭环结构34、第一传输线31a和第二传输线32a，两个三端口网络之间连接去耦传输线33a之后能降低两个天线单元10a、20a之间的耦合。举例而言，从射频芯片64发出的信号经过第一馈线65输入第一传输线31a之后，一部分通过第一分支341进入第二传输线32a，再经第二馈线67传输至天线单元10a的内层辐射片12a，另一部分经第二分支342进入去耦传输线33a，进而传输至相邻的天线单元20a，从而抵消两个天线单元10a、20a之间的耦合。
一些实施例中，接地层665上开设的条形槽665c延伸至闭环结构34的第一输出端口和第二输出端口之间，并且，第一输出端口和第二输出端口相对于条形槽665c对称。此外，微带连接线343设置为圆弧形，且微带连接线343相对于条形槽665c对称。从而可以使得功分器主体34的第一输出端口和第二输出端口之间的干扰影响等幅反相、相互抵消，进而使得第一输出端口和第二输出端口之间将互相不再有影响，因此，可显著提升功分器主体的两个输出端口之间的隔离度。
两个天线单元10a、20a之间的耦合度可以通过该去耦网络的散射参数和去耦传输线33a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的去耦网络的去耦传输线33a的长度d5以及去耦网络的S参数以及预设耦合度满足以下关系：
Figure BDA0002488524190000111
一些实施例中，去耦网络中的去耦传输线33a的长度和功分器的功分比配置为使两个天线单元10a、20a之间的耦合度置零。
一些实施例中，去耦传输线33a的长度和功分器的功分比根据两个天线单元10a、20a之间的初始隔离度来进行配置。具体地，功分器的功分比根据初始隔离度的强度来进行配置，去耦传输线33a的长度则根据初始隔离度的相位来进行配置。例如，功分器的功分比与初始隔离度的强度之间、以及去耦传输线33a的长度与初始隔离度的相位之间的关系满足前述关系式(21)和(22)。
一些实施例中，功分器的功分比具体可以通过配置第一分支341和第二分支342的特性阻抗来实现。例如第一分支341的特性阻抗Z2与第一传输线31a的特性阻抗Z1以及功分比(初始隔离度的强度S’12)满足上述关系式(23)。第二分支342的特性阻抗Z3与第一传输线31a的特性阻抗Z1以及功分比(即初始隔离度的强度S’12)满足上述关系式(24)。
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，第一分支341的线宽配置为使第一分支341满足上述所需的特性阻抗Z2。第二分支342的线宽配置为使第二分支342满足上述所需的特性阻抗Z3。
第一去耦网络30与去耦传输线33可以设置在第三基板63的一层上，例如，第三基板63靠近射频芯片64的半固化片上或者位于中间的半固化片上。图7所示的第一去耦网络30与去耦传输线33设置在第三基板63位于中间的半固化片上，即，与金属层666同层。第一去耦网络30与接地层665之间通过第三基板63的一部分(即靠近第二基板的半固化片)间隔。第一去耦网络30的闭环结构34、第一传输线31a、第二传输线32a以及去耦传输线33均在该层上延伸并形成图案。一些实施例中，可以在金属层666所在层上形成长度满足上述所需长度d5的去耦传输线33a。可以理解地，相邻的天线单元所对应的馈线之间的直线距离小于d5时，去耦传输线33a可以形成弯折的图案，以满足长度的要求(如图6所示)。在其他一些实施例中，去耦传输线33a也可以呈弯曲的图案。本申请的第一去耦网络30、第二去耦网络30’与表层辐射片11a、21a和内层辐射片12a、22a位于不同的层。如图7所示，去耦传输线33a设置在天线单元10a、20a的下方，例如第三基板63内。图7所示的第一去耦网络30和第二去耦网络30’以及连接在他们之间的去耦传输线33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30和第二去耦网络30’以及连接在他们之间的去耦传输线33也可以与金属层667或者668同层。
去耦传输线33a也可以分布在不同的层，例如，去耦传输线33a的一部分分布在金属层666所在层，另一部分通过过孔而分布在金属层667所在层；或者，去耦传输线33a的一部分分布在金属层666所在层，一部分通过过孔分布在金属层667所在层，另一部分穿过过孔而分布在金属层668所在层。
在一些实施例中，沿第二分支342到去耦传输线33a的中间位置的方向，特性阻抗可以逐渐变化。传输线特性阻抗的变化可以通过传输线的线宽变化来实现。一些实施例中，从第二分支342到去耦传输线33a的中间位置，线宽逐渐变化。一些实施例中，从第二分支342到去耦传输线33a的中间位置，去耦传输线33a的线宽逐级变化。例如，图6所示的去耦传输线33a包括依次连接的第一段331a、第二段332a和第三段333a，其中，每一段自身的宽度可以是均匀的。第一段331a和第三段333a的宽度相同。第二分支342的宽度小于第一段331a的宽度。第一段331a的宽度小于第二段332a的宽度。相邻的去耦网络的第二分支342的宽度小于第三段333a的宽度。第三段333a的宽度小于第二段332a的宽度。因此，从第二分支342到第一段331a到第二段332a，以及从第二分支342到第三段333a到第二段332a，特性小阻抗逐级变化，直至到第二段332a的特性阻抗达到50Ω。通过多级阻抗变换，第二分支342和去耦传输线33a的合适的特性阻抗能够实现多个频率点上面的全匹配，增加匹配的节数使得出现匹配的频率点也跟着增多，带宽也随之变宽。其中，第二分支342的特性阻抗可以根据功分器的功分比计算，如上述关系式(24)，其宽度可以由该特性阻抗计算得出；第二段332a的特性阻抗则为50Ω，其宽度也可以由该特性阻抗计算出；第一段331a和第三段333a的特性阻抗则可以等于第一分支342和第二段332a的特性阻抗的乘积的开方，其宽度可根据该计算出的特性阻抗进行计算。当然，在其它一些实施例中，去耦传输线33a的宽度也可以分3级、4级或更多级变化。可以理解地，去耦传输线33a的宽度可以呈连续变化。
在一些实施例中，去耦传输线33a上还可以设置枝节334a和335a(如图6所示)，枝节334a和335a设置在第三段333a，用以调整去耦网络的传输特性。
第二传输线32a的长度可以为3/4λ。如图6所示的实施例中，第二传输线32a在去耦传输线33所在层上形成朝远离去耦传输线33的方向弯折或弯曲的图案。
以上针对两个天线单元10a和20a、第一去耦网络30和第二去耦网络30’以及去耦传输线3进行了介绍。然而，容易理解的是，还可以为天线单元20a和10b设置本申请的去耦结构，或者，还可以为天线单元10b和20b同样地设置本申请的去耦结构(如图6所示)。举例而言，可为天线单元10b和20a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’之间的去耦传输线33a’。该第三去耦网络35可与上述的第一去耦网络30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30’相同或相类似。第三去耦传输线33a’可与上述的去耦传输线33a相同或相类似。
当采用如图6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30和第二去耦网络30’以及连接在他们之间的去耦传输线33a可分布在图7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’之间的去耦传输线33a’可分布在图7所示的金属层667所在层。
参见图8，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30和第二去耦网络30’以及去耦传输线33(参见图3)可布置在该电路板43上。第一馈源40和第二馈源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。
参见图9、图10和图11，图9是本申请另一实施例的天线装置的俯视图。图10是图9中两个天线单元主视图，图11是图9中一个天线单元的立体示意图，其中，图10和图11均省略了天线装置的基板。该天线装置包括贴片阵列710、接地层720、馈地部730、馈电部740和去耦网络。其中，去耦网络可以是上述任一实施例的去耦网络。例如，图中所示的第一去耦网络30和第二去耦网络30’。所述贴片阵列710与接地层720之间通过基板(图未示)间隔。接地层720与去耦网络750之间通过基板(图未示)间隔。所述馈地部730电连接所述贴片阵列710和所述接地层720；所述馈电部740包括交叉绝缘设置的第一馈电件741和第二馈电件742，所述第一馈电件741和所述第二馈电件742分别用于馈入电流信号，以激发所述贴片阵列720和所述馈地部730谐振于对应的频段。具体的，所述第一馈电件741和所述第二馈电件742分别用于馈入不同的电流信号，可以激发所述贴片阵列720和所述馈地部730谐振于不同的频段，从而可以实现双频双极化。所述第一馈电件741和所述第二馈电件742馈入相同的电流信号，可以激发所述贴片阵列720和所述馈地部730谐振于相同的频段，从而可以增强信号强度。
在一些实施例中，贴片阵列710包括相互间隔设置的第一辐射体711、第二辐射体712、第三辐射体713和第四辐射体714。第一辐射体711、第二辐射体712、第三辐射体713和第四辐射体714均为金属贴片，且贴片阵列710为镜像对称结构，并形成网状结构。交叉排布的第一辐射体711、第二辐射体712、第三辐射体713和第四辐射体714之间形成交叉缝隙。
所述馈电部740对应所述第一辐射体711、所述第二辐射体712、所述第三辐射体713和所述第四辐射体714之间的间隙设置。馈电部740通过耦合馈电的方式将电流传输至所述第一辐射体711、所述第二辐射体712、所述第三辐射体713和所述第四辐射体714，以使得所述第一辐射体711、所述第二辐射体712、所述第三辐射体713和所述第四辐射体714产生谐振。此时，馈电部740上的电流信号耦合至第一辐射体711、第二辐射体712、第三辐射体713和第四辐射体714时，可以使得电流在第一辐射体711、第二辐射体712、第三辐射体713和第四辐射体714上的流向较为均匀，进而使得天线装置的辐射性能较为稳定。
所述第一馈电件741至少部分正对所述贴片阵列710中的一个缝隙设置，所述第二馈电件742至少部分正对贴片阵列710中的另一个缝隙设置。所述第一馈电件741用于馈入第一电流信号，所述第一电流信号耦合至所述贴片阵列710，以激发所述贴片阵列710谐振于第一频段，所述第一电流信号耦合至所述馈地部730，以激发所述馈地部730谐振于第二频段，所述第一频段可以与所述第二频段相同，也可以与所述第二频段不同。所述第二馈电件742用于馈入第二电流信号，所述第二电流信号耦合至所述贴片阵列710，以激发所述贴片阵列710谐振于第三频段，所述第二电流信号耦合至所述馈地部730，以激发所述馈地部730谐振于第四频段，所述第三频段可以与所述第四频段相同，也可以与第四频段不同。所述第一馈电件741和所述第二馈电件742交叉绝缘设置，当第一馈电件741与第二馈电件742保持正交时，第一馈电件741上的电流方向和第二馈电件742上的电流方向保持正交，此时，天线装置具有双极化特性。
馈地部730包括第一馈地件731和第二馈地件732，所述第一馈地件731电连接于所述第一辐射体711和所述接地层720，所述第二馈地件732电连接于所述第一辐射体711和所述接地层720。所述馈地部730还包括第三馈地件733和第三馈地件734，所述第三馈地件733电连接于所述第二辐射体712和所述接地层720，所述第四馈地件734电连接于所述第二辐射体712和所述接地层720。可以理解的是，第三辐射体713和接地层720之间也连接有馈地件，第四辐射体714和接地层720之间也连接有馈地件，具体结构与第一辐射体711和接地层720之间的馈地件的结构类似，在此不再赘述。上述辐射体可以称为电偶极子，馈地部可以称为磁偶极子。在一些实施例中，天线装置可以包括多个电偶极子、与多个电偶极子一一对应的磁偶极子以及第一基板、第二基板和第三基板。多个电偶极子设置在第一基板远离第二基板的表面，且相互间隔。多个磁偶极子设置在第二基板和所述第一基板内，并连接在接地层和对应的电偶极子之间。去耦网络这设置在第三基板内，并与接地层间隔。本实施例的天线单元可以包括贴片阵列710、馈地部730和馈电部740。
容易理解的是，本申请的去耦网络可以应用于多种天线单元的类型，并不限于上述实施例的天线单元的类型。
本实施例以如图9所示的四元直线阵进行去耦设计作为示例，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。图12示出了连接去耦网络前后天线单元的隔离度对比曲线。由图12可见，连接去耦网络之后，天线单元之间的隔离度在26.2GHz～33GHz和37.4GHz～39.6GHz增大，实现了宽带互耦抑制，且是双频段互耦抑制。
图13示出了去耦前孤立的天线单元的反射参数曲线。由图13可知，去耦前阵中天线单元的-6dB工作带宽为24.4GHz～31.3GHz和35GHz～40.1GHz。图14示出了去耦后天线单元的反射参数曲线。由图14可知，去耦后阵中天线单元-6dB工作带宽为24.1GHz～29.7GHz和35.7GHz～45.0GHz。因此，实现了双频段匹配改善。
图15-图17为连接去耦网络前后波束扫描至0°、45°与50°时天线装置的增益扫频比对曲线。由图15可见：波束指向0°时，在27GHz～29GHz频率范围内，去耦后增益较去耦前有所提升。在24.25GHz～27GHz、29GHz～29.6GHz、以及37GHz～40GHz频率范围内，去耦后增益损失均小于0.5dB。如图16所示，波束指向45°时，在24GHz～29.8GHz和37GHz～41GHz频率范围内，去耦后增益较去耦前均有所提升，其中，在频率为24.5GHz时，增益提升最大，提升了1.34dB。如图17所示，波束指向50°时，在24GHz～30GHz和37GHz～41GHz频率范围内，去耦后增益较去耦前均有所提升，在24.5GHz增益提升最大值为1.55dB。因此，连接去耦网络之后，扫描至0°、45°与50°时，均改善了增益，显著提升了阵列天线的辐射能力。
请参阅图18，示出了去耦网络传输系数曲线。由图18可知，去耦网络在双频段内的传输性能得到提升，且在24.5GHz～29.6GHz和37GHz～40GHz频率范围内，插损均小于0.7dB。参阅图19，示出了去耦网络的反射参数。由图19可知，去耦网络在双频段内的匹配性能得到提升，且-10dB的工作带宽的频率范围是23.6GHz～30.3GHz和36.7GHz～40.4GHz。因此，本申请通过采用环形对消的设计，提升了去耦网络双频段的传输性能和匹配性能。
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，只需对去耦传输线的长度和三端口网络的S参数进行配置，即可精确定义天线单元之间的耦合度，即能降低天线单元间的互耦，拓展扫描角，提升扫描增益。进一步地，还能依据去耦前隔离度的幅度计算出定向功分器的功分比，再依据公式确定功分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宽度，以便制作出功分器。基于此方法，可以提高多天线***的隔离度。
此外，本申请的去耦网络包括闭环结构，闭环结构具有第一、第二输出端口，并在天线地板上开设槽缝，且槽缝的至少一部分与闭环结构重叠，从而可以使得功分器的第一输出端口和第二输出端口之间的干扰影响等幅反相、相互抵消，进而使得第一、第二输出端口之间将互相不再有影响，因而可显著提升功分器主体的两个输出端口之间的隔离度。另外，本申请的功分器主体的两个输出端口之间无需设置隔离电阻，可以降低插损。
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：
多个间隔设置的天线单元；
多个去耦网络，与所述多个天线单元一一对应，每个所述去耦网络均包括闭环结构和连接在所述闭环结构上的第一传输线和第二传输线；所述闭环结构上设有第一输出端口和第二输出端口，所述第一传输线用于与射频芯片连接，所述第二传输线的一端连接所述第一输出端口，另一端连接对应的天线单元；
去耦传输线，连接在相邻的去耦网络的第二输出端口之间；
接地层，与所述多个去耦网络间隔叠设，所述接地层开设有槽缝，所述槽缝的至少一部分与所述闭环结构重叠。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述槽缝围成轴对称图形；所述闭环结构呈轴对称图形；所述槽缝的对称轴与所述闭环结构的对称轴重叠。
3.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述槽缝围成封闭形状。
4.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述闭环结构包括第一分支、第二分支和微带连接线；
所述第一分支的第一端与所述第二分支的第一端连接于所述第一传输线的同一端；所述第一分支的第二端形成所述第一输出端口；所述第二分支的第二端形成所述第二输出端口；
所述微带连接线连接在所述第一输出端口和所述第二输出端口之间。
5.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，所述第一分支、所述第二分支和所述微带连接线围成圆环形、椭圆环形或者多边形。
6.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，所述第一分支和所述第二分支的长度相等；或者，所述第一分支和所述第二分支的长度差等于波长。
7.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，所述槽缝包括闭环槽和从所述闭环槽上延伸出的条形槽，所述条形槽的至少一部分与所述闭环结构重叠。
8.根据权利要求7所述的天线装置，其特征在于，所述条形槽的至少一部分与所述微带连接线重叠，所述微带连接线相对于所述条形槽对称设置；所述闭环结构以及所述闭环槽均相对于所述条形槽所在直线对称。
9.根据权利要求7所述的天线装置，其特征在于，所述闭环槽呈圆环形、椭圆环形或者多边形。
10.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，从所述第二分支至所述去耦传输线的中间位置，特性阻抗呈阶梯变化。
11.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，定义相邻的所述天线单元未连接所述去耦网络时的隔离度为初始隔离度；
所述第一分支、所述第二分支和所述微带连接线形成功分器；
所述功分器的功分比与所述初始隔离度的强度，以及所述去耦传输线的长度与所述初始隔离度的相位满足以下关系：
Figure FDA0002488524180000011
其中，S’12为所述初始隔离度的强度；S12和S13为所述去耦网络的散射参数；
Figure FDA0002488524180000012
为所述功分比；φ′12为所述初始隔离度的相位；d5为去耦传输线的长度，k为波数。
12.根据权利要求11所述的天线装置，其特征在于，所述第一分支的特性阻抗与所述第一传输线的特性阻抗、所述初始隔离度的强度满足以下关系：
Z2＝(1+|S’12|)ⅹZ1；
其中，Z1为所述第一传输线的特性阻抗，Z2为所述第一分支的特性阻抗。
13.根据权利要求11所述的天线装置，其特征在于，所述第二分支的特性阻抗与所述第一传输线的特性阻抗、所述初始隔离度的强度满足以下关系：
Figure FDA0002488524180000013
其中，Z1为所述第一传输线的特性阻抗，Z3为所述第二分支的特性阻抗。
14.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，还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；
所述接地层设置在所述第二基板和所述第三基板之间；
所述多个去耦网络设置在所述第三基板内；所述多个去耦网络与所述接地层之间通过所述第三基板的一部分间隔。
15.根据权利要求14所述的天线装置，其特征在于，所述第三基板为多层结构，所述去耦传输线设置在所述第三基板的一层上；所述多个去耦网络与所述去耦传输线同层。
16.根据权利要求14所述的天线装置，其特征在于，每个天线单元均包括：
多个电偶极子，设置在所述第一基板远离所述第二基板的表面，所述多个电偶极子相互间隔；和
多个磁偶极子，与所述多个电偶极子一一对应，所述多个磁偶极子设置在所述第二基板和所述第一基板内，并连接在所述接地层和对应的电偶极子之间。
17.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，相邻的所述天线单元之间的耦合度根据所述去耦传输线的长度和所述天线单元对应的去耦网络的散射参数来确定。
18.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，相邻的所述天线单元之间的耦合度与所述去耦传输线的长度和对应的所述去耦网络的散射参数之间满足以下关系：
Figure FDA0002488524180000021
其中，S’12为相邻的所述天线单元之间的初始隔离度的强度，所述初始隔离度为相邻的所述天线单元未连接所述去耦网络时的隔离度；所述S12和S13为所述去耦网络的散射参数；d5为去耦传输线的长度，k为波数，e为自然常数，j为虚数的表示符号。
19.一种电子设备，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；
射频芯片，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：
多个间隔设置的天线单元；
多个去耦网络，与所述多个天线单元一一对应，每个所述去耦网络均包括闭环结构和连接在所述闭环结构上的第一传输线和第二传输线；所述闭环结构上设有第一输出端口和第二输出端口，所述第一传输线用于与射频芯片连接，所述第二传输线的一端连接所述第一输出端口，另一端连接对应的天线单元；
去耦传输线，连接在相邻的去耦网络的第二输出端口之间；
接地层，与所述多个去耦网络间隔叠设，所述接地层开设有槽缝，所述槽缝的至少一部分与所述闭环结构重叠。
20.根据权利要求19所述的电子设备，其特征在于，所述天线装置还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；
所述接地层设置在所述第二基板和所述第三基板之间；
所述多个去耦网络设置在所述第三基板内；所述多个去耦网络与所述接地层之间通过所述第三基板的一部分间隔；
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。
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