CN116937122A - 一种天线组件及终端设备 - Google Patents

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Abstract

一种天线组件及终端设备，该天线组件包括第一天线、第二天线和公共地；第一天线包括第一辐射体、第一激励源和第一匹配电路，所述第一匹配电路设置为将谐振频率在所述工作频段之外的第二谐振模式引入所述第一天线，以降低所述工作频段内的所述第一天线和第二天线之间的包络相关系数。该终端设备包括该天线组件。本公开实施例可以降低工作频段的天线间的ECC，且不需要增加额外的器件，简单方便。

Description

一种天线组件及终端设备
技术领域
本公开涉及但不限于无线通信技术，更具体地，涉及一种天线组件及终端设备。
背景技术
随着无线通信技术的发展及移动终端的普及，用户不断提出对更快信号传输速率及更大信道容量的需求，为此天线领域常常采用多输入多输出(MIMO：Multiple InputMultiple Output)天线技术。例如采用4X4 MIMO天线的终端表示该终端可同时采用4支天线收发信号，以提高传输速率。
MIMO天线之间的相关性，可用包络相关系数(ECC：Envelope CorrelationCoefficient)表征，其数值大小与天线方向图有关。当两个天线的辐射方向图完全一致时，ECC等于1，反之，等于零。ECC越大，越容易对通信的最终传输速率产生不利影响，因此需要降低天线之间的ECC。但是在空间有限的终端设备中，降低天线之间的ECC存在困难。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本公开实施例提供了一种天线组件，包括第一天线、与所述第一天线存在互耦的第二天线，以及与所述第一天线和第二天线连接的公共地；
所述第一天线包括第一辐射体和第一激励源；所述第一天线具有谐振频率位于工作频段的第一谐振模式；其中，所述第一天线还包括设置在所述第一辐射体和公共地之间的第一匹配电路，所述第一匹配电路设置为将谐振频率在所述工作频段之外的第二谐振模式引入所述第一天线，以降低所述工作频段内的所述第一天线和第二天线之间的包络相关系数。
本公开实施例还提供了一种终端设备，包括本公开任一实施例所述的天线组件。
本公开上述实施例通过设置第一匹配电路为第一天线引入新的谐振模式，在第一天线的工作频带外产生新的谐振，从而降低天线工作频段内天线之间的ECC值。且无需额外添加结构，占用空间小，实现成本较低。
在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图说明
附图用来提供对本公开实施例的理解，并且构成说明书的一部分，与本公开实施例一起用于解释本公开的技术方案，并不构成对本公开技术方案的限制。
图1是本公开一实施例天线组件的结构图；
图2是断开图1中第二匹配电路后的天线的模式电流的示意图；
图3A至图3F是图1中各个接点所连接的电路的示意图；
图4是断开图1中第一匹配电路后的天线的模式电流的示意图；
图5是断开第一匹配电路和接通第一匹配电路两种情形下的第一天线的***效率随频率变化的示意图；
图6是断开第一匹配电路和接通第一匹配电路两种情形下的第一天线和第二天线间的ECC随频率变化的示意图；
图7是断开第一匹配电路和接通第一匹配电路两种情形下第二天线的***效率随频率变化的示意图；
图8是本公开另一实施例天线组件的结构图。
具体实施方式
本公开描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本公开所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。
本公开的描述中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本公开中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例不应被解释为比其他实施例更优选或更具优势。本文中的“和/或”是对关联对象的关联关系的一种描述，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。“多个”是指两个或多于两个。另外，为了便于清楚描述本公开实施例的技术方案，使用了“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。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。本公开的描述中，射频器件之间的连接均为电连接。
在描述具有代表性的示例性实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本公开实施例的精神和范围内。
在一实施例中，通过使用极化正交的天线来降低天线之间的ECC。但极化正交天线的结构形式较为复杂，难以应用到手机等移动终端上作为微波频段的主辐射天线。且目前手机天线常用的天线形式为倒F天线(IFA)天线或单极子天线等结构简单的天线，在低频段(1GHZ以下)工作时，会在地板上激励起辐射电流，该部分电流与天线枝节上的电流共同参与辐射。地板上电流的流向包含各个方向，而天线的极化与辐射电流的方向相关，因此要设计极化正交的低频天线来降低天线之间的ECC较为困难。
在另一实施例中，通过将不同天线的辐射方向图指向不同的角度来降低天线之间的ECC。但为了让不同天线朝着不同的方向辐射，通常需要在天线附近添加额外的结构，例如频率选择表面(FSS：Frequency Selective Surface)、电磁带隙结构(EBG：Electromagnetic Band Gap structure)、缺陷地结构(DGS:Defected Ground Structure)等电磁结构，但手机等终端设备内部空间有限，要在内部添加额外的结构较为困难，也会增加天线的复杂度。
本公开一实施例提出一种包括多支天线的天线组件，该天线组件通过设置匹配电路，在天线的工作频段外引入新的谐振模式，从而降低工作频段内天线之间的ECC数值。
如图1所示，本实施例天线组件包括第一天线1、与所述第一天线存在互耦的第二天线2，以及与所述第一天线和第二天线连接的公共地3。在一示例中，该公共地3可以是金属地板，如手机的壳体构件。如图所示，第一天线1包括第一辐射体11和第一激励源12；第一天线1具有谐振频率位于工作频段的第一谐振模式；其中，第一天线1还包括设置在第一辐射体11和公共地3之间的第一匹配电路13，第一匹配电路13设置为将谐振频率在工作频段之外的第二谐振模式引入第一天线1，以降低工作频段内的第一天线1和第二天线2之间的包络相关系数。
本公开实施例通过在第一天线设置第一匹配电路，将谐振频率在工作频段之外的第二谐振模式引入第一天线，也即第一匹配电路的设置使得第一天线除具有第一谐振模式之外还具有新的谐振模式即第二谐振模式，使得第一天线的工作频带外产生新的谐振，可以减弱第一天线和第二天线在工作频段的能量交换，从而降低天线工作频段内第一天线和第二天线之间的ECC值。且无需额外添加结构，占用空间小，实现成本较低。
根据特征模理论可知，一支天线可以具有多种谐振模式，通过对天线结构和参数的设计可以调整谐振模式的数量以及各个谐振模式下的谐振频率。具体到图1所示的实施例而言，第一天线需要具有谐振频率位于工作频段的一个谐振模式即第一谐振模式，来实现正常的信号发射。而本公开实施例通过在第一辐射体11和公共地3之间设置第一匹配电路13，可以为第一天线1引入新的谐振模式即第二谐振模式。如图2所示，该第二谐振模式的模式电流在第一激励源12、第一辐射体11、第一匹配电路13和公共地3之间流动，图2中略去了第二匹配电路14。请参见图1，通过调整第一辐射体11与第一匹配电路13连接的第一接点(即图中的接点B)的位置，以及第一匹配电路13的阻抗，可以实现对第二谐振模式的谐振频率的调整。需要说明的是，第二谐振模式的谐振频率并不仅仅取决了接点B的位置和第一匹配电路13的阻抗，第一辐射体11的结构如长度、宽度、形状(如单极子天线、L形天线、倒F天线等)，第一辐射体11与金属地板3之间的距离，第一辐射体11与公共地3的相对位置、构成公共地3的构件的形状和大小等等，也可能会对该谐振频率产生影响，设计时，也可以同时调整其他的结构、参数来实现对第二谐振模式的谐振频率的调整。
在本公开一示例性的实施例中，如图1所示，第一天线1还包括设置在第一辐射体11和地板3之间的第二匹配电路14，第二匹配电路14设置为调整第一天线1的阻抗匹配。第一天线1的阻抗匹配可以通过多种方式来实现，如调整第一天线的形状、长度、接地点的位置、在激励源11处设置匹配电路等，第二匹配电路14的设置是可选的。图示的示例中，第二匹配电路14有两个，第一辐射体11与该两个第二匹配电路14连接的第二接点分别为接点C和接点D，但在其他示例中，第二匹配电路14也可以只设置一个，或者设置三个以上。一个第二匹配电路14可以包括一个匹配支路，也可以设置多个匹配支路。可以根据阻抗匹配的需要加以选择。
与此类似的是，图中示出了一个第一匹配电路13，但在其他示例中，第一匹配电路13也可以有多个，不同的第一匹配电路13与第一辐射体11连接的接点不同。第一匹配电路13除了可以引入新的谐振模式，也用于第一天线1的阻抗匹配。
请参见图1，第一天线1为平面单极子天线。第一辐射体11设有供第一激励源12馈入激励电流的馈点即接点A、与第一匹配电路13连接的第一接点即接点B，以及与第二匹配电路14连接的第二接点即接点C和接点D。上述馈点、第一接点和第二接点在第一辐射体11的延伸方向上依次设置。这种接点设置方式，使得从馈点到第一接点的距离较短，而从馈点到第二接点的距离较长，有利于引入新的谐振模式，使新的谐振模式的谐振频率位于工作频段之外。但在其他示例中，也可以按照其他方式来排列，本公开对此并不局限。在其他示例中，第一天线1也可以是其他形式的天线，如平面L形天线或平面倒F天线等等。文中，馈点也可以称为激励点，激励源也可以称为馈源或馈电源等。
在本公开一示例性的实施例中，将第一天线的工作频段表示为f0至f1，第二谐振模式的谐振频率表示为f2；，为了取得更为有效地降低ECC，可以通过设置第一匹配电路，使得f2满足f1<f2<kf1，k＝1.1或1.2，此时第二谐振模式的谐振频率大于工作频段的上限；或者，通过设置第一匹配电路，使得f2满足kf0<f2<f0，k＝0.8或0.9，此时第二谐振模式的谐振频率小于工作频段的下限。第二谐振模式的谐振频率靠近工作频段时，对降低工作频段内的天线之间的ECC较为有效。在图1所示的示例中，第一天线和第二天线的工作频段均处于低频段即小于1GHz，例如均为0.755GHz～0.778GHz。但在其他示例中，第一天线和第二天线的工作频段也可以处于中频段或高频段。
在本公开一示例性的实施例中，在设置第一匹配电路时，可以通过仿真、测试等方式选择一个综合性能最优的设置方式，使得如图1所示的第一天线(设置有第一匹配电路)的***效率高于图4所示的第一天线(与图1所示的第一天线结构相同，但未设置第一匹配电路)的***效率。也即，本实施例的第一匹配电路13还设置为提高第一天线1在工作频段的***效率。
在图1所示的示例中，第二天线2是平面L型天线，包括第二辐射体21、第二激励源22和第三匹配电路23，第二辐射体21为L型，其一端为接地点，连接到公共地3。另一端为开口端。第二激励源22设置在靠近第二辐射体21的开口端处，用于将激励电流馈入第二辐射体21上的馈点即接点F，第二辐射体21通过接点E与第三匹配电路24连接。在其他示例中，第二天线也可以是平面L形天线或平面倒F天线，或者其他形式的天线。
在图1所示的示例中，第一天线和第二天线是2X2 MIMO阵列中的两支天线，当然也可以是4X4 MIMO阵列中的两支天线，8X8 MIMO阵列中的两支天线等，第二天线2具有与第一天线1相同的工作频率。在其他示例中。第一天线和第二天线也可以不属于同一MIMO阵列，而是用于传输不同信号但存在互耦的两支天线，此时也可以使用本实施例的方法来降低工作频段内的天线之间的ECC。
图3A至图3F示出了图1所示的示例中，各个接点所连接的电路的情况。如图3A所示，在第一辐射体11上，接点A连接第一激励源12外，还连接了用于阻抗匹配的匹配电路，该匹配电路包括两个支路，一个支路包括一个电容，另一支路包括串联的电容和电感，这两个支路的两端分别与接点A和公共地连接。本示例在激源位置设置了匹配电路，但激励源位置是否设置匹配电路可以根据阻抗匹配的需要确定。接点B连接的第一匹配电路13为电容性负载电路，电容性负载的频率依赖性较小，适合用于低频天线以降低ECC，图3B的示例中第一匹配电路13包括一个电容。图3C所示的接点C连接了一个电容作为一个第二匹配电路14，图3D所示的接点C连接了两个电容作为另一个第二匹配电路14。接点A、接点B、接点C和接点D所连接的匹配电路均可用于调整第一激励源12的馈电端口的阻抗匹配，降低第一天线的能量反射。
在第二辐射体21上，接点E连接的第三匹配电路23包括两个支路，一个支路包括一个电容，一个支路包括一个电感，该电容和电感并联在接点E和公共地之间。接点F是激励电流馈入点，通过一个电感连接第二激励源22，该电感构成接点F和第二激励源22之间的匹配电路。接点E和接点F连接的匹配电路可用于调整第二激励源22的馈电端口的阻抗匹配，降低第二天线的能量反射。
上述A-F各个接点连接的匹配电路可以根据天线实际工作环境而调整，图中所示仅为示例性的，本公开并不局限于此，这些匹配电路可以是电阻、电感和电容中的一种或多种组成的各种形式的电路，也可以添加如开关等其他元件。这些电阻、电感和电容的阻抗大小可以是固定的，也可以采用可调谐的电阻、电容和电感等元件。
为了验证设置第一匹配电阻13对于第一天线1和第二天线2之间的ECC的影响，以及对第一天线1和第二天线2的***效率的影响。下面对本实施例设置有第一匹配电阻13的天线组件与将所述第一匹配电路断开后的天线组件在***效率和ECC值两个方面进行对比。
将所述第一匹配电路断开后的用于对比的天线组件如图4所示，图中略去了第一匹配电路13，此时第一天线1的模式电流在第一激励源12、第一辐射体11、第二匹配电路14和公共地3之间流动。测试在第一匹配电路13断开的情形下该作为对比的第一天线的***效率，以及在第一匹配电路13接通的情形下本公开实施例的第一天线的***效率，结果如图5所示，
如图5所示，在断开第一匹配电路的情形下，作为对比的第一天线的***效率随频率的变化曲线标记为S1的曲线所示，在接通第一匹配电路的情形下，本公开实施例的第一天线的***效率随频率的变化曲线如标记为S2的曲线所示。从图中可以看出，S2曲线在频率0.86GHz附近的位置出现了效率凹坑，对比S1曲线和S2曲线，可以知道在作为对比的第一天线的基础上设置了第一匹配电路之后，为第一天线引入了新的谐振模式，该谐振模式的谐振频率位于0.86GHz附近。同时比较S1曲线和S2曲线在工作频段0.755GHz～0.778GHz处的***效率可以看到，设置第一匹配电路后，第一天线在工作频段的***效率没有下降，反而有所上升。图中的***效率也可采用辐射效率来替代。
测试在第一匹配电路断开的情形下作为对比的第一天线和第二天线之间的ECC,以及在第一匹配电路接通的情形下本公开实施例的第一天线和第二天线之间的ECC，结果如图6所示。从图中可以看出，在第一匹配电路接通的情形下本公开实施例的第一天线和第二天线之间的ECC在0.85GHz处出现了ECC数值的低谷，达到0.1左右。结合图5可以看到，该ECC数值低谷的出现频率(0.85GHz)与第二谐振模式的模式电流引起的效率凹坑的出现频率(0.86GHz)几乎一致。而在工作频段，在第一匹配电路断开的情形下作为对比的第一天线和第二天线之间的ECC值为0.261(见标记为S1的曲线)。而在第一匹配电路接通的情形下本公开实施例的第一天线和第二天线之间的ECC值为0.219(见标记为S2的曲线)。也即设置第一匹配电路后，在工作频段的第一天线和第二天线之间的ECC从0.261降低到0.219，降低了16％左右。若第二谐振模式的谐振频率进一步降低(如通过调节第一匹配电路来调节该谐振频率)，ECC值也会进一步降低，但需要避免第二谐振模式的谐振频率出现在第一天线的工作频段内，否则会影响第一天线的***效率和辐射效率。
测试在第一匹配电路断开的情形下第二天线的***效率随频率的变化曲线(见标记为S1的曲线),以及在第一匹配电路接通的情形下第二天线的***效率随频率的变化曲线(见标记为S2的曲线)，结果如图7所示。可以看到，在这两种情形下，第二天线的***效率基本没有变化。即在第一天线设置第一匹配电路并不会影响到第二天线的***效率。
上述示例中，第一天线和第二天丝的工作频段设置为低频0.755-0.778GHz，但这仅仅是示例性的，本公开实施例不受工作频段影响，第一天经和第二天线的工作频段可以是其它频段，或者是多频段组合。
以上各图中的曲线均是在第一天线和第二天线被相应的激励源激励的情况下测试得到的。在第一匹配电路接通的情形下即本公开实施例的第一天线的模式电流可以理解为第一匹配电路断开的情形下第一天线的模式电流与第二匹配电路断开的情形下第一天线(结构如图2所示)的模式电流之和，通过比较第一匹配电路接通的情形和第一匹配电路断开的情形下，天线的***效率的变化以及天线间的ECC的变化，可以确定设置第一匹配电路引入了新的谐振模式，该新的谐振模式的谐振频率，以及对天线的***效率、天线间ECC的影响。
在图1所示的示例中，可以使用金属地板3作为公共地，第一天线1和第二天线2设置在金属地板3的相邻的两侧，但是，在其他示例中，第一天线1和第二天线2也可以设置在金属地板的同一侧，或者设置在所述金属地板相对的两侧。在图8所示的示例中，是将第一天线1和第二天线2均改为连接到金属地板3的相对的一侧，即按照与图1对称的方式设置。容易理解，这种情形下，同样可以通过设置第一匹配电路13来降低工作频段的第一天线1和第二天线2之是的ECC。
虽然已经通过以上实施例对本公开做了说明，但基于本公开的精神还可以得到其他的实现方式。例如，在图1所示的实施例中，只在第一天线设置第一匹配电路，而在另一实施例中，也可以通过在第二天线设置匹配电路来为第二天线引入新的谐振模式，以进一步降低在工作频段内的第一天线和第二天线之间的ECC，在该另一实施例中，第二天线包括第二辐射体和第二激励源，所述第二天线具有谐振频率位于所述工作频段的第三谐振模式；其中，第二天线还包括设置在第二辐射体和公共地之间的第四匹配电路，所述第四匹配电路设置为在第二天线引入谐振频率在工作频段之外的第四谐振模式，以降低工作频段内的第一天线和第二天线之间的包络相关系数。
本公开实施例通过在第一天线处设置第一匹配电路，引入新的模式电流，在天线的工作频带外产生新的谐振，可以降低工作频段内天线间的ECC值，还可以同时提高天线工作频段内的***效率。本公开实施例相对于降低ECC的实施方案，只需要调节匹配电路即可，实现简单，无需额外添加结构，也不占用手机等终端的内部空间，实现成本较低。
本公开实施例不局限于某一种类的天线，例如，第一天线和第二天线可以采用金属边框实现，也可以采用嵌件实现，或者采用柔性电路板(FPC：Flexible PrintedCircuit)等其他方式实现。
本公开实施例是通过设置第一匹配电路引入新的谐振模式以降低天线间的ECC，在条件许可的情况下，本公开实施例降低ECC的方式可以与其他降低ECC的方式(如添加EBG等其它结构以进一步调整天线辐射方向图等)同时使用，以取得更为理想的降ECC的效果。
本公开一实施例还提供了一种终端设备，包括本公开任一实施例所述的射频***。本公开实施例的终端设备可以为手机如各种形式的用户设备(User Equipment,UE)、移动台(Mobile Station，MS)等等，也可以是其他具有无线通信功能的手持设备，如平板电脑、车载设备、可穿戴设备、计算设备、智能家居设备或者连接到无线调制解调器的其他处理设备。
以上所述仅为本申请的示例性实施例，并不用以限制本申请，在本申请的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种天线组件，其特征在于，包括第一天线、与所述第一天线存在互耦的第二天线，以及与所述第一天线和第二天线连接的公共地；
所述第一天线包括第一辐射体和第一激励源；所述第一天线具有谐振频率位于工作频段的第一谐振模式；其中，所述第一天线还包括设置在所述第一辐射体和公共地之间的第一匹配电路，所述第一匹配电路设置为将谐振频率在所述工作频段之外的第二谐振模式引入所述第一天线，以降低所述工作频段内的所述第一天线和第二天线之间的包络相关系数。
2.如权利要求1所述的射频***，其特征在于：
所述第一天线的工作频段为f0至f1，所述第二谐振模式的谐振频率为f2；其中f2满足f1<f2<kf1，k＝1.1或1.2；或者，f2满足kf0<f2<f0，k＝0.8或0.9。
3.如权利要求1所述的射频***，其特征在于：
所述第一匹配电路还设置为提高所述第一天线在所述工作频段的***效率。
4.如权利要求1所述的射频***，其特征在于：
所述第一天线还包括设置在所述第一辐射体和所述地板之间的第二匹配电路，所述第二匹配电路设置为调整所述第一天线的阻抗匹配。
5.如权利要求4所述的射频***，其特征在于：
所述第一辐射体设有供所述第一激励源馈入激励电流的馈点、与所述第一匹配电路连接的第一接点，及与所述第二匹配电路连接的第二接点，所述馈点、第一接点和第二接点在所述第一辐射体的延伸方向上依次设置。
6.如权利要求1所述的射频***，其特征在于：
所述工作频段处于低频段，所述第一匹配电路为电容性负载电路。
7.如权利要求1所述的射频***，其特征在于：
所述第一天线和第二天线是MIMO阵列中的两支天线，所述第二天线具有与所述第一天线相同的工作频率。
8.如权利要求1所述的射频***，其特征在于：
所述第一天线和第二天线设置在作为所述公共地的金属地板的同一侧，或者设置在所述金属地板相对的两侧，或者设置在所述金属地板相邻的两侧。
9.如权利要求1所述的射频***，其特征在于：
所述第一天线为平面单极子天线、平面L形天线或平面倒F天线，所述第二天线为平面单极子天线、平面L形天线或平面倒F天线。
10.一种终端设备，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一所述的天线组件。
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