CN101604993A - 一种多天线系统及辐射射频信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多天线系统，该系统包括：电平信号发生器，用于根据来自网卡的信道信息，计算获得第一电平信号；至少一个滤波单元组，连接所述电平信号发生器，用于接收所述第一电平信号，并过滤所述第一电平信号中的干扰信号，获得第二电平信号；转换器，连接所述至少一个滤波单元组，用于将第二电平信号转换为控制信号；至少一个辐射单元，与所述网卡、转换器分别连接，用于根据所述控制信号辐射来自所述网卡的射频信号。本发明还公开了相应的辐射射频信号的方法，将电平信号滤波并转换为控制信号，根据控制信号辐射射频信号。本发明能够改变天线辐射方向，不受天线单元数量限制，减少控制信号线，对辐射的射频信号增加增益。

Description

一种多天线系统及辐射射频信号的方法

技术领域

本发明涉及电子通讯天线领域，特别涉及一种多天线系统及辐射射频信号的方法。

背景技术

目前的移动终端多采用固定的多天线系统，即天线单元方向图总是朝向上半空间、左半空间、或者右半空间，而且天线单元的方向图是固定不变的，这造成使用多天线系统的辐射波束方向图种类不够丰富，无法满足多输入多输出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Out-put)通信机在各种来波下都要达到最佳通信效果的需求。

目前的多天线系统主要包括：多目天线、多天线开关阵列、类八目天线和带有电磁带隙(EBG，Electromagnetic Band Gap)结构的可重构振子阵列。采用这些多天线系统能够有效接收几种来波方向的需求，但是这些多天线系统的单元方向图接收来波方向一旦选定，不能变更，对于来波方向非常离散的通信环境与来波方向非常集中的通信环境难以兼顾。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

1)现有的多目天线组成的多天线系统中，一个多目天线至少需要一个波长的空间，约十几厘米，而移动终端上可以安装天线单元的空间位置有限，仅能安装一到两个多目天线，从而使整个多天线系统能够接收的来波种类受到限制，且无法增加天线辐射增益；每个多目天线都需要连接控制信号线进行控制，存在线间串扰问题；而在诸如笔记本等移动终端中采用多天线系统时，需要将所有控制线通过笔记本屏幕转轴，控制线和射频电缆过多则难以通过笔记本屏幕转轴。

2)现有的由多天线和开关阵列组成的多天线系统，采用多个天线单元与开关阵列结合的方式，通信时根据来波方向选择一部分天线单元辐射射频信号，而移动终端上可以安装天线单元的空间位置有限，仅能安装少数个天线单元，整个多天线系统能够接收的来波方向受到限制，且无法增加天线增益；此外，天线单元与开关阵列之间需要用大量的控制信号线来实现开关切换，存在线间串扰问题，及控制线和射频电缆过多则难以通过笔记本屏幕转轴的问题。

3)现有的类八目天线组成的多天线系统，类八目天线一个天线单元阵尺寸至少为一个辐射波波长，约十几厘米，而移动终端上可以安装天线单元阵的空间位置有限，仅能安装一到两个类八目天线，从而使整个多天线系统能够接收的来波种类受到限制，且无法增加天线增益；类八目天线是单频窄带天线，不能满足多频带的需求。每个类八目天线都需要连接控制信号线进行控制，存在线间串扰问题及控制线和射频电缆过多则难以通过笔记本屏幕转轴的问题。

4)现有的带EBG结构的可重构振子阵列组成的多天线系统，可以改善天线的辐射性能、以及实现天线方向图的可重构。但使用EBG的天线的方向图仍然是半空间的，且仍然存在控制信号线过多的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种多天线系统及辐射射频信号的方法，能够改变天线辐射方向，减少控制信号线。

为达到上述目的，本发明一种多天线系统及辐射射频信号的方法的技术方案是这样实现的：

一种多天线系统，包括：

电平信号发生器，用于根据来自网卡的信道信息，计算获得第一电平信号；

至少一个滤波单元组，连接所述电平信号发生器，用于接收所述第一电平信号，并过滤所述第一电平信号中的干扰信号，获得第二电平信号；

转换器，连接所述至少一个滤波单元组，用于将第二电平信号转换为控制信号；

至少一个辐射单元，与所述网卡、转换器分别连接，用于根据所述控制信号辐射来自所述网卡的射频信号。

每个所述辐射单元包括：

射频信号选择开关，用于根据所述控制信号导通或断开，转发从网卡传来的射频信号；

至少一个天线单元，连接所述射频信号选择开关，用于根据所述控制信号，向相应的方向辐射接收的射频信号。

每个所述滤波单元组包括第一滤波单元和第二滤波单元：

所述第一滤波单元包括：

第一低通滤波器，连接所述电平信号发生器，用于接收并过滤所述第一电平信号中的高频干扰信号，获得第三电平信号；

第一射频接地电容，连接所述第一低通滤波器并接地，用于过滤所述第三电平信号中的高频干扰信号，获得第四电平信号；

所述第二滤波单元包括：

第二射频接地电容，连接所述第一射频接地电容并接地，用于接收并过滤所述第四电平信号中的高频干扰信号，获得第五电平信号；

第二低通滤波器，连接所述第二射频接地电容，用于过滤所述第五电平信号中的高频干扰信号，获得第二电平信号，并将所述第二电平信号发送到转换器。

每个所述天线单元包括：

天线，连接所述射频信号选择开关，用于辐射射频信号；

至少一个射频开关，连接所述天线，用于根据所述控制信号导通或断开；

至少一个贴片，连接所述射频开关，用于改变天线的谐振频率。

所述辐射单元与所述滤波单元组一一对应。

所述天线单元根据控制信号作为辐射器、或反向器、或引向器。

所述天线单元的贴片形状、大小、个数相同或不同。

所述信道信息至少包括信道信息、射频信号功率、频率偏差、相位。

一种辐射射频信号的方法，包括：

根据来自网卡的信道信息，计算获得第一电平信号；

接收所述第一电平信号，并过滤所述第一电平信号中的干扰信号，获得第二电平信号；

将第二电平信号转换为控制信号；

根据所述控制信号辐射来自所述网卡的射频信号。

所述过滤所述第一电平信号中的干扰信号包括：

将所述第一电平信号依次通过第一滤波单元、第二滤波单元，过滤其中的高频干扰信号，获得所述第二电平信号。

所述根据所述控制信号辐射来自所述网卡的射频信号包括：

根据所述控制信号，导通相应的天线单元，将从网卡传来的射频信号发送到天线单元；

所述天线单元根据所述控制信号，向相应的方向辐射射频信号。

所述天线单元根据所述控制信号，向相应的方向辐射射频信号包括：

根据所述控制信号导通或切断贴片与天线的电连接；

射频信号选择开关导通的天线向相应的方向辐射射频信号，射频信号选择开关未导通的天线作为引向器、反向器或不工作。

上述技术方案中的实施例具有如下优点或有益效果：

1)本发明的实施例使用多天线选择系统，选中一部分天线单元作为辐射器，未被选中的天线单元作为反射器或引向器，增加天线增益，丰富多天线系统的方向图子集，特别在来波方向比较集中、高空间相关性信道中也有更好接收效果。

2)本发明的实施例用同轴电缆的外导体作为控制信号线传送电平信号，采用转换器转换电平信号与控制信号，在网卡与转换器之间不需单独的控制信号线；且同轴电缆更容易传过液晶屏转轴，适合在笔记本等移动终端上使用。

3)本发明的实施例具有可重构的多种方向图，在来波方向非常离散的通信环境和来波方向比较集中的通信环境下都能比较好地接收射频信号，可适用于各种室内外环境，适应性强。

4)本发明的实施例使用可选择的天线单元复用为反射器和引向器，增强了射频信号辐射，缩小了天线单元的尺寸，更适合移动终端需要。

附图说明

图1为本发明多天线系统一个实施例的结构图；

图2为本发明多天线系统一个实施例的滤波单元组的示意图；

图3为本发明多天线系统一个实施例的天线单元示意图；

图4为本发明多天线系统一个实施例的天线单元立体效果图；

图5为本发明多天线系统一个实施例的整体结构图；

图6为本发明多天线系统一个实施例的立体效果图；

图7为本发明多天线系统另一个实施例的天线单元的结构示意图；

图8为本发明辐射射频信号方法一个实施例的流程图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：采用多个天线单元，可以同时处理多路射频信号，将工作的天线单元作为辐射器，当有天线单元闲置时，可作为反向器或引向器，增强相应的辐射器的射频信号，更好地保证通信质量。

本发明多天线系统的一个实施例的结构框图如图1所示，该系统包括：

电平信号发生器，用于根据来自网卡的信道信息，计算获得第一电平信号；

至少一个滤波单元组，连接所述电平信号发生器，用于接收所述第一电平信号，并过滤所述第一电平信号中的干扰信号，获得第二电平信号；

转换器，连接所述至少一个滤波单元组，用于将第二电平信号转换为控制信号；

至少一个辐射单元，与所述网卡、转换器分别连接，用于根据所述控制信号辐射来自所述网卡的射频信号。

转换器与各辐射单元用控制信号线连接，转换器与滤波单元组用控制信号线连接，各辐射单元由射频电缆连接网卡，信道信息主要包括信道信息、射频信号的相位、频率偏差、相位等。

每个滤波单元组如图1中虚线框10所示，包括第一滤波单元和第二滤波单元，图1中，第一滤波单元为滤波单元A1，第二滤波单元为滤波单元B1，如图2所示，滤波单元A1与滤波单元B1通过射频电缆101连接。

滤波单元A1包括：

第一低通滤波器1031，连接电平信号发生器(图中未示出)，用于接收并过滤所述第一电平信号中的高频干扰信号，获得第三电平信号；

第一射频接地电容1041，连接第一低通滤波器1031并接地，用于过滤所述第三电平信号中的高频干扰信号，获得第四电平信号；

滤波单元B1包括：

第二射频接地电容1042，连接第一射频接地电容1041并接地，用于接收并过滤所述第四电平信号中的高频干扰信号，获得第五电平信号；

第二低通滤波器1032，连接第二射频接地电容1042，用于过滤所述第五电平信号中的高频干扰信号，获得第二电平信号，并将所述第二电平信号发送到转换器。

每个辐射单元包括：

射频信号选择开关，用于根据所述控制信号导通或断开，转发从网卡传来的射频信号；

至少一个天线单元，连接射频信号选择开关，用于根据转换器发送的控制信号，向相应的方向辐射从射频信号选择开关传来的射频信号。

其中，射频信号选择开关通过射频电缆连接网卡，接收从网卡传来的射频信号；射频信号选择开关通过控制信号线连接转换器；天线单元通过射频连接线连接射频信号选择开关，通过控制信号线连接转换器。

辐射单元中的天线单元结构如图3所示，包括：

天线，连接射频信号选择开关，用于辐射射频信号；

至少一个射频开关，连接天线，用于根据所述控制信号导通或断开；

至少一个贴片，连接相应射频开关，用于改变天线的谐振频率。

其中，射频开关通过控制信号线连接转换器，根据转换器的控制信号导通或切断贴片与天线的电连接。

天线单元的立体效果如图4所示，以2个天线单元为例：天线单元1和天线单元2分别位于移动终端边缘，天线单元1的贴片401连接射频开关411，天线单元2的贴片402连接射频开关412。

每个天线单元根据控制信号导通内部的射频开关，控制贴片的总长度，使得各天线单元可以作为辐射器，或作为反向器，或作为引向器。所谓辐射器，是指根据控制信号辐射射频信号的天线单元。所谓反向器，是指根据控制信号不作为辐射器时，向辐射器的反方向增强射频信号的天线单元。所谓引向器是指根据控制信号不作为辐射器时，向辐射器的同方向增强射频信号的天线单元。多天线系统在同一时刻可能会接收同一个辐射源的从多个方向入射的射频信号，选择方向图最佳的天线单元作为辐射器；如果同一时刻接收的射频信号是来自多个频率相同的射频信号辐射源，且这些辐射源的个数少于辐射单元的个数，则只选中部分辐射单元作为辐射器，没有被选中的辐射单元中的天线单元、被选中辐射单元中未被选中的天线单元可以作为反向器或引向器，以达到更好的通信效果。辐射单元与滤波单元组可以一一对应，或者，每个辐射单元对应多个滤波单元组，每个滤波单元组的两个滤波单元在同轴电缆两侧对称分布。

根据用户需求，可赋予各项信道信息一个加权系数，进而计算得出当前多天线系统需要的辐射情况，即每个射频信号选择开关及射频开关的通断情况。电平信号发生器按照这种获取辐射情况的方式，通过接收的信道信息，计算并发送各射频信号选择开关及射频开关需要的电平信号，经滤波单元组到达转换器，将各电平信号转换为数字信号发送到各射频信号选择开关、射频开关，从而确定多天线系统的辐射情况。

MIMO网卡的输出的射频信号由射频电缆传送到射频信号选择开关，每个射频信号选择开关在控制信号的驱动下选择某个天线单元进行辐射；未被选中的天线单元由相应的射频开关控制可以作为反向器、或引向器、或不工作。

多天线系统的一个实施例的整体结构如图5所示，该实施例中包含辐射单元1和辐射单元2，辐射单元1包含射频信号选择开关1、天线单元1和天线单元2，辐射单元2包含射频信号选择开关2、天线单元3和天线单元4。天线单元1内部为贴片1、射频开关1和天线1，其它天线单元依次类推；射频信号选择开关为单刀双掷开关，射频开关为单刀单掷开关；连接网卡与射频信号选择开关的射频电缆为同轴电缆，连接各射频信号选择开关与相应天线单元的射频连接线为微带馈线。

图5所示的实施例中，将辐射单元1和辐射单元2的天线单元1至天线单元4分布在移动终端的周围，立体效果如图6所示，各天线单元之间的距离根据需要设定。天线单元1通过微带馈线641连接射频信号选择开关1(图中未示出)，天线单元2通过微带馈线642连接射频信号选择开关1(图中未示出)，天线单元3通过微带馈线643连接射频信号选择开关2(图中未示出)，天线单元4通过微带馈线644连接射频信号选择开关2(图中未示出)。天线支架630图中只显示部分，天线支架630连接各天线单元内部天线的参考地。天线单元作为反向器或引向器时，增益的效果不同。

本实施例结构小，能同时处理多路射频信号，通过反向器或引向器的增益，更好的保证通信质量。

天线单元作为反向器或引向器时，根据需要，内部的射频开关可以导通或断开。设计不同的贴片形状、大小、个数会改变相应天线的谐振频率。如图7所示，在天线单元内部增加射频开关与贴片的个数，形成射频开关与贴片的阵列，每个射频开关都连接转换器，根据需要导通相应的贴片，可以调整天线单元内贴片的总长度，使得同一天线具有多种谐振频率，可以作为引向器或反向器。调整各天线单元之间的距离也会影响反向器或引向器的作用。连接网卡与射频信号选择开关的射频电缆还可以为微带馈线、带状线、平行双线、鳍状线；连接各射频信号选择开关与相应天线单元的射频连接线还可以为同轴电缆、带状线、平行双线、鳍状线。

以图5所示的多天线系统为例，假设需天线单元1作为引向器不辐射射频信号，天线单元2要辐射射频信号a，天线单元3作为反向器不辐射射频信号，天线单元4要辐射射频信号b。本发明辐射射频信号的方法的一个实施例的流程如图8所示，包括：

步骤801、根据来自网卡的信道信息，计算获得第一电平信号。

网卡分别通过同轴电缆1、同轴电缆2向射频信号选择开关1、射频信号选择开关2发送射频信号a、射频信号b；网卡向电平信号发生器发送信道信息，电平信号发生器根据信道信息和设置的计算方法，计算并发送第一电平信号，第一电平信号包括：电平信号S1、电平信号S2、电平信号S3、电平信号S4、电平信号S5和电平信号S6。

步骤802、接收所述第一电平信号，并过滤所述第一电平信号中的干扰信号，获得第二电平信号。

将所述第一电平信号依次通过第一滤波单元、第二滤波单元，过滤其中的高频干扰信号，获得所述第二电平信号，第二电平信号包括电平信号S12、电平信号S22、电平信号S32、电平信号S42、电平信号S52、电平信号S62。其中，电平信号S1、电平信号S3、电平信号S4依次通过滤波单元A1、同轴电缆1的外导体、滤波单元B1，获得电平信号S12、电平信号S32、电平信号S42；电平信号S2、电平信号S5、电平信号S6依次通过滤波单元A2、同轴电缆2的外导体、滤波单元B2，获得电平信号S22、电平信号S52、电平信号S62。

步骤803、将第二电平信号转换为控制信号。

转换器将电平信号S12至电平信号S62转换为相应的控制信号C1、控制信号C2、控制信号C3、控制信号C4、控制信号C5、控制信号C6；分别向射频信号选择开关1、射频信号选择开关2、天线单元1至4中的射频开关发送。

步骤804、根据控制信号辐射来自网卡的射频信号。

根据控制信号，导通相应的天线单元，将从网卡传来的射频信号发送到天线单元；天线单元根据控制信号，向相应的方向辐射射频信号。根据所述控制信号导通或切断贴片与天线的电连接；射频信号选择开关导通的天线向相应的方向辐射射频信号，射频信号选择开关未导通的天线作为引向器、反向器或不工作。

具体是：射频信号选择开关1根据控制信号C1将射频信号a向天线单元2发送；射频信号选择开关2根据控制信号C2将射频信号b向天线单元4发送；天线单元1的射频开关1接收到控制信号C3，导通贴片1与天线1，使自身谐振频率相对射频信号a更偏低，不辐射射频信号；天线单元2的射频开关2接收到控制信号C4，断开贴片2与天线2，接收射频信号a并辐射；天线单元3的射频开关3接收到控制信号C5，断开贴片3与天线3，使自身谐振频率相对射频信号b偏高，不辐射射频信号；天线单元4的射频开关4接收到控制信号C6，导通贴片4与天线4，接收射频信号b并辐射。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1、一种多天线系统，其特征在于，包括：

电平信号发生器，用于根据来自网卡的信道信息，计算获得第一电平信号；

至少一个滤波单元组，连接所述电平信号发生器，用于接收所述第一电平信号，并过滤所述第一电平信号中的干扰信号，获得第二电平信号；

转换器，连接所述至少一个滤波单元组，用于将第二电平信号转换为控制信号；

至少一个辐射单元，与所述网卡、转换器分别连接，用于根据所述控制信号辐射来自所述网卡的射频信号。

2、根据权利要求1所述的多天线系统，其特征在于，每个所述辐射单元包括：

射频信号选择开关，用于根据所述控制信号导通或断开，转发从网卡传来的射频信号；

至少一个天线单元，连接所述射频信号选择开关，用于根据所述控制信号，向相应的方向辐射接收的射频信号。

3、根据权利要求1或2所述的多天线系统，其特征在于，每个所述滤波单元组包括第一滤波单元和第二滤波单元：

所述第一滤波单元包括：

第一低通滤波器，连接所述电平信号发生器，用于接收并过滤所述第一电平信号中的高频干扰信号，获得第三电平信号；

第一射频接地电容，连接所述第一低通滤波器并接地，用于过滤所述第三电平信号中的高频干扰信号，获得第四电平信号；

所述第二滤波单元包括：

第二射频接地电容，连接所述第一射频接地电容并接地，用于接收并过滤所述第四电平信号中的高频干扰信号，获得第五电平信号；

第二低通滤波器，连接所述第二射频接地电容，用于过滤所述第五电平信号中的高频干扰信号，获得第二电平信号，并将所述第二电平信号发送到转换器。

4、根据权利要求2所述的多天线系统，其特征在于，每个所述天线单元包括：

天线，连接所述射频信号选择开关，用于辐射射频信号；

至少一个射频开关，连接所述天线，用于根据所述控制信号导通或断开；

至少一个贴片，连接所述射频开关，用于改变天线的谐振频率。

5、根据权利要求1或2所述的多天线系统，其特征在于，所述辐射单元与所述滤波单元组一一对应。

6、根据权利要求2或4所述的多天线系统，其特征在于，所述天线单元根据控制信号作为辐射器、或反向器、或引向器。

7、根据权利要求4所述的多天线系统，其特征在于，所述天线单元的贴片形状、大小、个数相同或不同。

8、根据权利要求1所述的多天线系统，其特征在于，所述信道信息至少包括信道信息、射频信号功率、频率偏差、相位。

9、一种辐射射频信号的方法，其特征在于，包括：

根据来自网卡的信道信息，计算获得第一电平信号；

接收所述第一电平信号，并过滤所述第一电平信号中的干扰信号，获得第二电平信号；

将第二电平信号转换为控制信号；

根据所述控制信号辐射来自所述网卡的射频信号。

10、根据权利要求9所述的辐射射频信号的方法，其特征在于，所述过滤所述第一电平信号中的干扰信号包括：

将所述第一电平信号依次通过第一滤波单元、第二滤波单元，过滤其中的高频干扰信号，获得所述第二电平信号。

11、根据权利要求9所述的辐射射频信号的方法，其特征在于，所述根据所述控制信号辐射来自所述网卡的射频信号包括：

根据所述控制信号，导通相应的天线单元，将从网卡传来的射频信号发送到天线单元；

所述天线单元根据所述控制信号，向相应的方向辐射射频信号。

12、根据权利要求11所述的辐射射频信号的方法，其特征在于，所述天线单元根据所述控制信号，向相应的方向辐射射频信号包括：

根据所述控制信号导通或切断贴片与天线的电连接；

射频信号选择开关导通的天线向相应的方向辐射射频信号，射频信号选择开关未导通的天线作为引向器、反向器或不工作。

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