天线装置、电子设备及用于天线装置的去耦方法与流程

1.本技术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：

2.天线可以高效地发射与接收电磁波，是无线通信系统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。


技术实现要素：

3.本技术的一方面提供一种天线装置，包括：相邻设置的第一天线单元和第二天线单元、第一去耦网络、第二去耦网络和去耦传输线。第一去耦网络具有输入端口、输出端口和去耦合端口，输出端口与第一天线单元连接，输入端口用于与第一馈源连接；第二去耦网络具有输入端口、输出端口和去耦合端口，第二去耦网络的输出端口与第二天线单元连接，第二去耦网络的输入端口用于与第二馈源连接；连接在第一去耦网络的去耦合端口和第二去耦网络的去耦合端口之间，第一去耦网络和去耦传输线形成功分器，以将从第一去耦网络的输入端口输入的功率按功分器的功分比分配至第一天线单元和去耦传输线。
4.本技术的另一方面提供一种电子设备，包括壳体、显示屏组件、馈源和天线装置。其中，显示屏组件与壳体连接，并与壳体形成容置空间。馈源设置在所述容置空间内。天线装置的至少部分设置在所述容置空间内。天线装置包括多个间隔设置的天线单元、与所述多个天线单元一一对应的多个去耦网络和去耦传输线。其中，每个所述去耦网络均具有输入端口、输出端口和去耦合端口，所述输出端口与对应的天线单元连接，所述输入端口与所述馈源连接。去耦传输线，连接在相邻的所述去耦合端口之间，所述去耦网络和连接在该去耦网络上的去耦传输线形成功分器，以将从所述去耦网络的输入端口输入的功率按所述功分器的功分比分配至所述去耦网络对应的天线单元和所述去耦传输线。
5.本技术的又一方面提供一种用于天线装置的去耦方法，该天线装置包括馈源、相邻设置的第一天线单元和第二天线单元、连接在所述第一天线单元和所述馈源之间的第一去耦网络，连接在所述第二天线单元和所述馈源之间的第二去耦网络，以及连接在所述第一去耦网络和所述第二去耦网络之间的去耦传输线；所述第一去耦网络与所述去耦传输线形成功分器；该去耦方法包括：获取所述第一天线单元和所述第二天线单元之间的初始隔离度的强度；根据所述初始隔离度的强度确定所述功分器的功分比；以及将馈入所述第一去耦网络的功率按所述功分比分配至所述第一天线单元和所述去耦传输线。其中，所述初始隔离度为所述第一天线单元和所述第二天线单元未连接所述第一去耦网络和所述第二去耦网络时的隔离度。
6.本技术由于在两个相邻的天线单元之间设置了第一去耦网络和第二去耦网络，并且在第一去耦网络和第二去耦网络之间连接去耦传输线，因此从馈源发出的信号的一部分经第一去耦网络传输至天线单元，另一部分信号经第一去耦网络以及去耦传输线传输至第二去耦网络以到达相邻的天线单元，从而在一定程度上抵消两个天线单元之间的耦合、提高多天线系统的隔离度。进一步地，本技术只需对去耦传输线长度以及去耦网络的散射参数(即，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。
附图说明
7.为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，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：
8.图1是本技术实施例的一种电子设备的结构示意图；
9.图2是本技术实施例的阵列天线的去耦原理示意图；
10.图3是本技术实施例的阵列天线的结构示意图；
11.图4是本技术实施例的用于阵列天线的去耦方法的流程示意图；
12.图5是本技术实施例的一种电子设备的结构示意图；
13.图6是本技术实施例的天线装置的立体视图；
14.图7是图6的天线装置的仰视图；
15.图8是本技术实施例的天线装置的两个天线单元的层状结构示意图；
16.图9是本技术另一实施例的天线装置的示意图；
17.图10示出了连接去耦网络前，天线单元的反射系数的曲线；
18.图11示出了连接去耦网络前后，天线单元的反射系数的比对曲线；
19.图12示出了连接去耦网络前后，天线单元的耦合系数的比对曲线；
20.图13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；
21.图14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；以及
22.图15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。
具体实施方式
23.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
24.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技术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。
25.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。
26.(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。
27.(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。
28.(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。
29.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 decoupling technique)。
30.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。
31.本技术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。
32.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技术进行介绍。
33.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)子系统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。
34.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。
35.下面结合图1对手机的各个构成部件进行具体的介绍：
36.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系统、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。
37.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。
38.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。
39.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。
40.i/o子系统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子系统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。
41.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。
42.i/o子系统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。
43.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。
44.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。
45.电源管理芯片107用于为cpu103、i/o子系统108及外设接口104所连接的硬件进行供电及电源管理。
46.以下针对该电子设备的rf电路101的天线系统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。本技术的描述中，“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。
47.本实施例以两个相邻的天线单元10和20作为示例来对本技术进行介绍，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。
48.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，本技术实施例中的“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，本技术的“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。
49.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。
50.如图3所示，其是本技术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可组成本技术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技术的天线装置。
51.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。
52.具体地，第一去耦网络30为三端口网络。在一些实施例中，该三端口网络包括第一传输线31和第二传输线32。其中，第一传输线31和第二传输线32的一端相互连接，并在连接处形成去耦合端口。第一传输线31的另一端形成与第一馈源40连接的输入端口。第二传输线32的另一端形成与天线单元10连接的输出端口。去耦传输线33的一端连接在第一去耦合网络30的去耦合端口。在此指出，文中所述的某一传输线的一端和另一端指的是该传输线的两个相对末端。
53.图3所示的实施例中，第二去耦网络30’与上述第一去耦网络30相同，也具有第一
传输线31’和第二传输线32’。其中，第一传输线31’和第二传输线32’的一端相互连接，并在连接处形成去耦合端口。第一传输线31’的另一端形成与第二馈源40’连接的输入端口。第二传输线32’的另一端形成与天线单元20连接的输出端口。去耦传输线33’的一端连接在第二去耦合网络30’的去耦合端口。其中，第一馈源40和第二馈源40’可以是同一个馈源。
54.去耦传输线33的另一端连接在第二去耦网络30’的去耦合端口上，去耦传输线33’的另一端则连接在第一去耦网络30的去耦合端口上。如图3所示，第一去耦网络30和第二去耦网络30’共用一根去耦传输线33(33’)，通过该去耦传输线33(33’)将第一去耦网络30和第二去耦网络30’的去耦合端口连接起来。
55.本技术中的术语“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。
56.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。
57.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：
58.去耦网络的[s]矩阵为：
[0059][0060]
其中，s
11
、s
22
、s
33
是三端口网络单独存在时的三个端口的反射系数；s
12
是输入端口直馈到输出端口的功率；s
13
是从输入端口馈到去耦合端口的功率；s
23
是从去耦合端口馈到输出端口的功率。
[0061]
可将s
11
、s
22
、s
33
和s
23
设计为0，使该s参数矩阵为：
[0062][0063]
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：
[0064][0065][0066]
其中，k为波数，e为自然常数，j为虚数的表示符号。
[0067]
将式(3)中的矩阵写成分块矩阵形式：
[0068][0069]
将式(5)改写成方程组形式：
[0070][0071]
将式(4)简写为：
[0072]
[a2]＝[γ]
·
[b2]
ꢀꢀꢀ
(7)
[0073]
将式(7)代入式(6)可得：
[0074][0075]
由式(8)中第
②
式可得：
[0076]
[b2]＝{e-[s
22
][γ]}-1
[s
21
][a1]
ꢀꢀꢀ
(9)
[0077]
其中，e代表单位矩阵。
[0078]
将式(9)代入式(8)中第
①
式可得：
[0079]
[b1]＝[s
11
][a1]+[s
12
][γ]{e-[s
22
][γ]}-1
[s
21
][a1]
ꢀꢀꢀ
(10)
[0080]
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：
[0081]
s
four-port
＝[s
11
]+[s
12
][γ]{e-[s
22
][γ]}-1
[s
21
]
ꢀꢀꢀ
(11)
[0082]
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)。
[0083]
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：
[0084][0085][0086]
将该四端口网络的端口顺序调整为1
→
1'
→2→
2'，则式(12)变为：
[0087][0088]
将式(13)改写成分块矩阵的形式：
[0089][0090]
设该两个天线单元形成的二元天线阵的s参数矩阵为：
[0091][0092]
其中，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。
[0093]
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:
[0094]
[s]＝[s
11
]+[s
12
][s
array
]{e-[s
22
][s
array
]}-1
[s
21
]
ꢀꢀꢀ
(16)
[0095]
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)。
[0096]
将式(13)与式(14)所定义的分块矩阵代入式(16)，可得：
[0097][0098]
由式(17)可知，
[0099]
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。
[0100]
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：
[0101]
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。
[0102]
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。
[0103]
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。
[0104]
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。
[0105]
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
[0106][0107]
由式(18)可知：
[0108][0109]
其中，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。
[0110]
由式(19)可知，若令且φ
12
＝φ
13
，则
[0111][0112][0113]
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。
[0114]
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：
[0115][0116]
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。
[0117]
在一些实施例中，功分器的功分比与第一传输线31、第二传输线32和去耦传输线33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二传输线32和去耦传输线33的特性阻抗。因此，第二传输线32和去耦传输线33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。
[0118]
以功分器为t形结功分器作为示例，如图3所示，第二传输线32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：
[0119]
z2＝(1+|s’12
|)
ⅹ
z1ꢀꢀꢀ
(23)
[0120]
去耦传输线33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：
[0121][0122]
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二传输线32的特性阻抗z2和去耦传输线33的特性阻抗z3，从而配置去耦网络的第二传输线32和去耦传输线33，使得第二传输线32的特性阻抗满足所需要的特性阻抗z2，并使去耦传输线33的特性阻抗满足所需要的特性阻抗z3。
[0123]
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，第二传输线32的线宽根据第二传输线32的特性阻抗来确定。去耦合传输线33的线宽根据去耦传输线33的特性阻抗来确定。例如，按照上述关系式获得第二传输线32的特性阻抗z2之后，可以将第二传输线32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，确定所需的第二传输线32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，即可计算出第二传输线32的线宽。因此，根据该计算结果来配置第二传输线32的线宽，从而获得具有上述特性阻抗z2的第二传输线32。
[0124]
类似地，可以通过配置去耦传输线33的线宽来使去耦传输线33满足上述所需的特性阻抗z3。去耦传输线33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去耦传输线33的线宽，从而获得具有上述特性阻抗z3的去耦传输线33。
[0125]
可以理解地，功分器还可以为其他类型，例如，wilkinson功分器。此时，第二传输线的特性阻抗z2和去耦传输线的特性阻抗z3则可以根据wilkinson功分器所对应的关系式来进行计算。
[0126]
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。
[0127]
结合上述去耦结构，本技术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为本技术实施例的用于天线装置的去耦方法的流程示意图。
[0128]
如图4所示，该去耦方法主要可以包括以下操作s101-s105。
[0129]
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。
[0130]
操作s102：根据初始隔离度的强度确定功分器的功分比。
[0131]
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。
[0132]
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。
[0133]
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。
[0134]
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：＝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；s
12
和s
13
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。
[0135]
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。
[0136]
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二传输线和去耦传输线的特性阻抗。
[0137]
在一些实施例中，根据前述关系式(23)确定第二传输线的特性阻抗。
[0138]
在一些实施例中，根据前述关系式(24)确定去耦传输线的特性阻抗。
[0139]
在一些实施例中，根据第二传输线的特性阻抗和去耦合传输线的特性阻抗来计算第二传输线和去耦传输线的线宽。
[0140]
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。
[0141]
容易明白的是，本技术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。
[0142]
在一些实施例中，本技术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。
[0143]
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。
[0144]
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。
[0145]
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。
[0146]
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。
[0147]
一些实施例中，天线装置60的多个天线单元可以是图6和图7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。
[0148]
具体地，结合图8，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。
[0149]
天线单元10a、20a用于收发射频信号。如图8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。
[0150]
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。
[0151]
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。
[0152]
在一些实施例中，第一基板61可以是半固化片，如图8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。
[0153]
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。
[0154]
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。
[0155]
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。
[0156]
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。
[0157]
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。
[0158]
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8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。
[0159]
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。
[0160]
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。
[0161]
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
以及功分比(初始隔离度的强度s’12
)满足上述关系式(23)。去耦传输线33a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)。
[0170]
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，第二传输线32a的线宽配置为使第二传输线32a满足上述所需的特性阻抗z2。去耦传输线33a的线宽配置为使去耦传输线33a满足上述所需的特性阻抗z3。
[0171]
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8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的第一传输线31a和第二传输线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7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。本技术的第一去耦网络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8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8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。
[0172]
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。
[0173]
在一些实施例中，去耦传输线33a的特性阻抗可以逐渐变化。具体地，从去耦传输线33a的两端到中间位置，去耦传输线33a的特性阻抗逐渐变化。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，从去耦传输线33a的两端到中间位置，去耦传输线33a的线宽逐渐变化。一些实施例中，从去耦传输线33a的两端到中间位置，去耦传输线33a的线宽逐级变化。例如，图7所示的去耦传输线33a包括依次连接的第一段331a、第二段332a、第三段333a、第四段334a和第五段335a，其中，每一段自身的宽度可以是均匀的。第一段331a和第五段335a的宽度相同。第二段332a和第四段334a的宽度相同。第一段331a的宽度小于第二段332a的宽度，第二段332a的宽度小于第三段333a的宽度。第五段335a的宽度小于第四段334a的宽度，第四段334a的宽度小于第三段333a的宽度。因此，从第一段331a到第二段332a到第三段333a，以及从第五段335a到第四段334a到第三段333a，特性小阻抗逐级变化，直至到第三段333a的特性阻抗达到50ω。通过多级阻抗变换，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，第一段331a和第五段335a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；第三段333a的特性阻抗则为50ω，其宽度也可以由该特性阻抗计算出；第二段332a和第四段334a的特性阻抗则可以等于第一段331a和第三段333a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。
[0174]
在一些实施例中，去耦传输线33a上还可以设置枝节336a(如图7所示)，枝节336a设置在第三段333a，用以调整去耦网络的传输特性。
[0175]
第二传输线32a的长度可以为3/4λ。如图7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。
[0176]
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设置本技术的去耦结构，或者，还可以为天线单元10b和20b同样地设置本技术的去耦结构(如图7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。
[0177]
当采用如图7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8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8所示的金属层667所在层。
[0178]
参见图9，其是本技术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，本技术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。
[0179]
本实施例以如图6和图7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，本技术提出的去耦结构可为一种毫米波阵列天线去耦结构。在进行去耦设计前，该四元直线阵的反射系数如图10所示。图11示出了连接去耦网络前后天线单元的反射系数比对曲线。由图11可见，受耦合效应影响，去耦前阵中单元的-10db工作带宽为26.68ghz-29.78ghz，-6db工作带宽为25.57ghz-29.94ghz；去耦后-6db工作带宽为24.03ghz-29.85ghz，工作带宽展宽，显著改善了天线的匹配特性。
[0180]
图12示出了连接去耦网络前后天线单元的耦合系数的比对曲线。由图10可知：在25.7ghz～28.4ghz频段内，耦合系数较之前均有所降低，实现了宽带互耦抑制；在频率27ghz处，受耦合效应影响，去耦前单元间的耦合系数为-10.2db，去耦后天线的耦合系数降低了11db，有效抑制了单元间的耦合效应。
[0181]
图13-图15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13可见：波束指向0
°
时，在23.8ghz-25.5ghz频率范围内，去耦后增益较去耦前有所提升，在24.4ghz增益提升最大值为0.68db，在25.5ghz-ghz频率范围内，去耦前后增益基本一致。如图14所示，波束指向45
°
时，在23ghz-27.6ghz频率范围内，去耦后增益较去
耦前均有所提升，在24.7ghz增益提升最大值为2.27db。如图15所示，波束指向50
°
时，在22.9ghz-27.7ghz频率范围内，去耦后增益较去耦前均有所提升，在24.8ghz增益提升最大值为2.34db，显著提升了阵列天线的辐射能力。
[0182]
综上所述，本技术的天线装置，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33a的长度和去耦网络的s参数进行配置，即可精确定义天线单元10、20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。另外，还能依据去耦前隔离度的强度计算出功分器的功分比，再依据公式确定功分器中各传输线的特性阻抗，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，可以提高多天线系统的隔离度。
[0183]
以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术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，均同理包括在本技术的专利保护范围内。