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CN108448229A - 天线系统及通讯终端 - Google Patents

天线系统及通讯终端 Download PDF

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CN108448229A
CN108448229A CN201810070582.9A CN201810070582A CN108448229A CN 108448229 A CN108448229 A CN 108448229A CN 201810070582 A CN201810070582 A CN 201810070582A CN 108448229 A CN108448229 A CN 108448229A
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赵伟
夏晓岳
王超
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AAC Technologies Holdings Nanjing Co Ltd
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ACC Acoustic Technologies Shenzhen Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种天线系统，包括系统地单元和毫米波天线阵列；所述毫米波天线阵列包括四个且分别设于系统地单元的前侧面和后侧面，每两个毫米波天线阵列设于所述系统地单元的同一侧；每个毫米波天线阵列包括呈线性阵列排布的多个天线单元和分别与多个天线单元电连接的多个移相器；位于系统地单元的前侧面的两个所述毫米波天线阵列相互平行设置且均沿第一方向延伸设置，位于系统地单元的后侧面的两个所述毫米波天线阵列相互平行设置且均沿第二方向延伸设置；所述第一方向与所述第二方向相互垂直。本发明还提供了一种运用该天线系统的通讯终端。与相关技术相比，本发明天线系统及通讯终端增益高、覆盖效率高且信号稳定。

Description

天线系统及通讯终端
技术领域
本发明涉及一种天线，尤其涉及一种运用在通讯电子产品领域的天线系统及通讯终端。
背景技术
随着移动通讯技术的发展，手机、PAD、笔记本电脑等逐渐成为生活中不可或缺的电子产品，并且该类电子产品都更新为增加天线系统使其具有通讯功能的电子通讯产品。
5G作为全球业界的研发焦点，其三个主要应用场景：增强型移动宽带、大规模机器通信、高可靠低延时通信。这三个应用场景分别对应着不同的关键指标，其中增强型移动带宽场景下用户峰值速度为20Gbps，最低用户体验速率为100Mbps。毫米波独有的高载频、大带宽特性是实现5G超高数据传输速率的主要手段，因此，毫米波频段丰富的带宽资源为高速传输速率提供了保障。
然而，毫米波由于该频段电磁波剧烈的空间损耗，利用毫米波频段的无线通信系统需要采用相控阵的架构。通过移相器使得各个阵元的相位按一定规律分布，从而形成高增益波束，并且通过相移的改变使得波束在一定空间范围内扫描。单个相控阵天线的扫描覆盖范围一般小于一个半球，手机等通讯终端若采用单阵列的形式作为天线系统可能会造成信号不稳定的问题。
因此，有必要提供一种新的天线系统及通讯终端解决上述问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种增益高、覆盖效率高且信号稳定的天线系统及通讯终端。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种天线系统，包括系统地单元和毫米波天线阵列；所述毫米波天线阵列包括四个且分别设于所述系统地单元的前侧面和后侧面，每两个所述毫米波天线阵列设于所述系统地单元的同一侧面；每个所述毫米波天线阵列包括呈线性阵列排布的多个天线单元和分别与多个所述天线单元电连接的多个移相器；位于所述系统地单元的前侧面的两个所述毫米波天线阵列相互平行设置且均沿第一方向延伸设置，位于所述系统地单元的后侧面的两个所述毫米波天线阵列相互平行设置且均沿第二方向延伸设置；所述第一方向与所述第二方向相互垂直，四个所述毫米波天线阵列共同组合形成全向覆盖。
优选的，每个所述毫米波天线阵列包括四个天线单元和分别与四个所述天线单元电连接的四个移相器。
优选的，所述天线单元包括辐射体和与所述辐射体间隔设置的用于实现波束倾斜的引向体，所述辐射体与所述引向体相互耦合。
优选的，所述移相器的规格为5bit，其相移精度为11.25°。
优选的，所述第一方向为所述系统地单元的短轴方向，所述第二方向为所述系统地单元的长轴方向。
优选的，位于所述系统地单元的前侧面的两个所述毫米波天线阵列与位于所述系统地单元的后侧面的两个所述毫米波天线阵列呈相对设置。
优选的，所述系统地单元呈矩形结构，位于所述系统地单元的前侧面的两个所述毫米波天线阵列设置于该前侧面的左上角的位置；位于所述系统地单元的后侧面的两个所述毫米波天线阵列设置于该后侧面的右上角的位置。
优选的，所述天线单元为波束倾斜的贴片天线。
本发明同时提供一种通讯终端，包括主板和本发明提供的上述的天线系统，所述主板充当所述系统地单元。
相较于现有技术，本发明的天线系统使用多个同轴探针馈电的毫米波天线阵列并布局呈高增益波束的结构，所述毫米波天线阵列设计为线性阵列，占用空间小，只需要扫描一个角度，设计和测试难度降低，能更灵活地管理天线系统的空间覆盖，实现全频段覆盖，稳定性好；毫米波天线阵列相对密集分布在系统地两侧面，并通过一定规律形成布局，减小了RFFE到天线单元的线损，提高了接收效率。运用该天线系统的通讯终端通讯信号强且稳定，频段覆盖范围全且收发效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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它的附图，其中：
图1为本发明天线系统的结构示意图；
图2为本发明天线系统的毫米波天线阵列的结构示意图；
图3为图2的毫米波天线阵列在各个天线单元等幅同相馈电的情况下的波束倾斜方向示意图；
图4为XZ平面上毫米波天线阵列1在各个天线单元等幅同相馈电的情况下的波束倾斜方向图；
图5为XZ平面上毫米波天线阵列2在各个天线单元等幅同相馈电的情况下的波束倾斜方向图；
图6为YZ平面上毫米波天线阵列3在各个天线单元等幅同相馈电的情况下的波束倾斜方向图；
图7为YZ平面上毫米波天线阵列4在各个天线单元等幅同相馈电的情况下的波束倾斜方向图；
图8为本发明天线系统的四个毫米波天线阵列的分扫描模式效果图及总扫描模式效果图；
图9为本发明天线系统的频率覆盖效率曲线图；
图10为本发明通讯终端的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本发明天线系统的结构示意图，其中，图1(a)为天线系统结构的前侧面结构示意图；图1(b)天线系统结构的后侧面结构示意图。本发明提供了一种天线系统100，包括系统地单元1 和毫米波天线阵列2。
所述毫米波天线阵列2包括四个且分别设于所述系统地单元1的前侧面和后侧面，每两个所述毫米波天线阵列2设于所述系统地单元 1的同一侧面。具体的，四个所述毫米波天线阵列2分别为第一毫米波天线阵列2a、第二毫米波天线阵列2b、第三毫米波天线阵列2c、第四毫米波天线阵列2d。
请结合参阅图2所示，为本发明天线系统的毫米波天线阵列的结构示意图。每个所述毫米波天线阵列2包括呈线性阵列排布的多个天线单元21和分别与多个所述天线单元21电连接的多个移相器(图未示)。
本实施方式中，所述天线单元21为波束倾斜的贴片天线，可减小占用空间，当然，不限于该天线类型。
所述移相器22的规格为5bit，其相移精度为11.25°。
所述毫米波天线阵列2采用线性阵列排布，而非平面阵列，一方面将所述毫米波天线阵列2占用的空间变窄，只需扫描一个角度，简化了设计难度、测试难度以及波束管理的复杂度；另一方面，由于可以再非扫描方向上进行波束倾斜，能更灵活地管理阵列的所述天线系统100的空间覆盖。
本实施方式中，具体的，每个所述毫米波天线阵列2包括四个天线单元21和分别与四个所述天线单元21电连接的四个移相器。
在其他的实施方式中，移相器可以为其他规格，并不限定为5it。
每个所述天线单元21包括辐射体211和与所述辐射体211间隔设置的用于实现波束倾斜的引向体212。所述辐射体211与所述引向体212相互耦合，所述辐射体211与外部电源连接以实现馈电。
位于所述系统地单元1的前侧面的两个所述毫米波天线阵列2相互平行设置且均沿第一方向延伸设置，位于所述系统地单元1的后侧面的两个所述毫米波天线阵列2相互平行设置且均沿第二方向延伸设置，所述第一方向与所述第二方向相互垂直，四个所述毫米波天线阵列2共同组合形成全向覆盖。比如，所述第一方向为水平方向，所述第二方向为竖直方向。
本实施方式中，以所述系统地单元1为矩形为例进行说明，则所述第一方向为所述系统地单元1的短轴方向，所述第二方向为所述系统地单元1的长轴方向。
具体为，所述第一毫米波天线阵列2a和所述第二毫米波天线阵列2b位于所述系统地单元1的前侧面，且二者相互平行，均沿所述系统地单元1的第一方向(短轴方向)延伸排布；所述第三毫米波天线阵列2c和所述第四毫米波天线阵列2d位于所述系统地单元1的后侧面，且二者相互平行，均沿所述系统地单元1的第二方向(长轴方向)延伸排布。
更优的，位于所述系统地单元1前侧面的两个所述毫米波天线阵列2(所述第一毫米波天线阵列2a和所述第二毫米波天线阵列2b) 与位于所述系统地单元1的后侧面的两个所述毫米波天线阵列2(所述第三毫米波天线阵列2c和所述第四毫米波天线阵列2d)呈相对设置。
四个所述毫米波天线阵列2可设置于所述系统地单元1的同一角落，此时四个所述毫米波天线阵列2可共用一个处理器，连接线路短，信号损耗小。
当然，四个所述毫米波天线阵列2也可以设置于不同角落：比如，将位于所述系统地单元1的前侧面的两个所述毫米波天线阵列2(所述第一毫米波天线阵列2a和所述第二毫米波天线阵列2b)设置于该前侧面的左上角的位置；位于所述系统地单元1的后侧面的两个所述毫米波天线阵列2(所述第三毫米波天线阵列2c和所述第四毫米波天线阵列2d)设置于该后侧面的右上角的位置。
上述排列方式使四个所述毫米波天线阵列2密集地分布在所述系统地单元1的前侧面和后侧面，减小了RFFE到每个所述天线单元 21的线损，进而提高了所述天线系统100的接收效率。
请结合参阅图3-7，以所述系统地单元1为矩形平板结构为例，定义所述系统地单元1的长轴方向为X轴方向，其短轴方向为Y轴方向，垂直于X轴和Y轴形成的平面的方向为Z轴方向。可以获得本发明天线系统100的所述第一毫米波天线阵列2a、所述第二毫米波天线阵列2b、所述第三毫米波天线阵列2c和所述第四毫米波天线阵列2d在相移为0的情况下的波束倾斜的方向图。
将空间分为六块，分别为所述系统地单元1的+X(后)，-X(前)， +Z(上)，-Z(下)，+Y(左)，-Y(右)空间，以所述天线单元21 为波束倾斜的贴片天线为例进行真机仿真，通过所述移相器的相移改变，所述第一毫米波天线阵列2a和所述第二毫米波天线阵列2b覆盖了系统地单元1的+Z和±X空间，所述第三毫米波天线阵列2c和所述第四毫米波天线阵列2d覆盖了系统地单元1的-Z和±Y空间。即实现了空间的全频段覆盖。
请结合图8所示，为本发明天线系统的四个毫米波天线阵列的分扫描模式效果图及总扫描模式效果图。由图可知，图8a、图8b、图8c和图8d分别呈不同方向的扫描模式，图8e则为共同实现全方位扫描模式。
请结合图9所示，为本发明天线系统的频率覆盖效率曲线图，其中横坐标为增益阈值，纵坐标为覆盖效率，横坐标的单位为dB。由图可知，所述第一毫米波天线阵列2a、所述第二毫米波天线阵列2b、所述第三毫米波天线阵列2c和所述第四毫米波天线阵列2d在单独结构的情况下频率覆盖效率表现一般，但组合成上述阵列排布后，使得所述天线系统100的总的频率覆盖效率极大程度提高。
请结合参图10，为本发明通讯终端的结构示意图。本发明同时提供一种通讯终端900，包括主板91和本发明提供的上述的天线系统100，所述主板91充当所述系统地单元。
所述通讯终端可为手机、IPAD等移动式电子产品，以手机为例，当手机运用了所述天线系统100后，所述第一毫米波天线阵列2a和所述第二毫米波天线阵列2b覆盖了所述手机的+Z和±X空间，所述第三毫米波天线阵列2c和所述第四毫米波天线阵列2d覆盖了手机1的-Z和±Y空间。即实现了手机的空间全频段覆盖。
相较于现有技术，本发明的天线系统使用多个同轴探针馈电的毫米波天线阵列并布局呈高增益波束的结构，所述毫米波天线阵列设计为线性阵列，占用空间小，只需要扫描一个角度，设计和测试难度降低，能更灵活地管理天线系统的空间覆盖，实现全频段覆盖，稳定性好；毫米波天线阵列相对密集分布在系统地两侧面，并通过一定规律形成布局，减小了RFFE到天线单元的线损，提高了接收效率。运用该天线系统的通讯终端通讯信号强且稳定，频段覆盖范围全且收发效率高。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明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它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种天线系统，其特征在于，包括系统地单元和毫米波天线阵列，所述毫米波天线阵列包括四个且分别设于所述系统地单元的前侧面和后侧面，每两个所述毫米波天线阵列设于所述系统地单元的同一侧面；每个所述毫米波天线阵列包括呈线性阵列排布的多个天线单元和分别与多个所述天线单元电连接的多个移相器；位于所述系统地单元的前侧面的两个所述毫米波天线阵列相互平行设置且均沿第一方向延伸设置，位于所述系统地单元的后侧面的两个所述毫米波天线阵列相互平行设置且均沿第二方向延伸设置，所述第一方向与所述第二方向相互垂直，四个所述毫米波天线阵列共同组合形成全向覆盖。
2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，每个所述毫米波天线阵列包括四个天线单元和分别与四个所述天线单元电连接的四个移相器。
3.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述天线单元包括辐射体和与所述辐射体间隔设置的用于实现波束倾斜的引向体，所述辐射体与所述引向体相互耦合。
4.根据权利要求2所述的天线系统，其特征在于，所述移相器的规格为5bit，其相移精度为11.25°。
5.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一方向为所述系统地单元的短轴方向，所述第二方向为所述系统地单元的长轴方向。
6.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，位于所述系统地单元的前侧面的两个所述毫米波天线阵列与位于所述系统地单元的后侧面的两个所述毫米波天线阵列呈相对设置。
7.根据权利要求6所述的天线系统，其特征在于，所述系统地单元呈矩形结构，位于所述系统地单元的前侧面的两个所述毫米波天线阵列设置于该前侧面的左上角的位置；位于所述系统地单元的后侧面的两个所述毫米波天线阵列设置于该后侧面的右上角的位置。
8.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述天线单元为波束倾斜的贴片天线。
9.一种通讯终端，包括主板和如权利要求1-8任意一项所述的天线系统，所述主板充当所述系统地单元。
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