使用可调谐电气小型天线在金属环结构中实现MIMO的设备和方法技术

使用可调谐电气小型天线在金属环结构中实现MIMO的设备和方法。在一些实施例中，金属环结构包括移动设备，移动设备包括布置在其上的电气小型天线、可调谐带阻电路，其中，每个电气小型天线的最大尺寸基本等于或小于与通信工作频带内的频率相对应的波长的长度的十分之一。在一些实施例中，可调谐带阻电路利用移动设备的金属环结构的部分作为天线辐射器。TESA对于在约600MHz‑960MHz之间的低频带频率是可调谐的。另外，TESA具有在约1700MHz‑2700MHz之间的高频带的宽带宽。为了将TESA辐射器与金属环结构的其余部分分开，通过绝缘材料来连接辐射器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用可调谐电气小型天线在金属环结构中实现MIMO的设备和方法相关申请的交叉引用本申请要求2018年2月9日提交的美国临时专利申请序列号62/628,691的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
本文公开的主题总体上涉及无线天线。更具体地，本文公开的主题涉及用于移动设备中的多输入和多输出(MIMO)应用的可调谐电气小型天线。
技术介绍
在无线电技术中，多输入和多输出(MIMO)是一种使用多个发射天线和接收天线来增加无线链路容量以开发多径传播的方法。MIMO已成为无线通信标准(包括Wi-Fi、3G和4G长期演进(4GLTE))的基本要素。由于电话尺寸的不断减小和对数据速率速度的要求不断提高，因此在一些实例中，理想的是使用电气小型天线(electricallysmallantennas)并在天线结构中利用电话本身的部分。一些移动电话使用金属环作为移动电话结构的部分，并且在一些情况下，金属环的部分可以用作天线辐射器。本公开的主题尝试通过向移动设备提供可调谐的电气小型天线并且利用移动设备的金属结构作为天线辐射器来满足当前和未来的通信标准以及MIMO功能的技术要求。进而提高移动设备的效率和性能，并可以最小化材料使用。
技术实现思路
根据本公开，提供设备和方法以在包括金属环结构的移动设备中使用可调谐的电气小型天线(tunableelectricallysmallantenna，TESA)实现MIMO。在一个实施例中，移动设备被提供为包括：多个电气小型天线，其布置在所述移动设备上；以及多个可调谐带阻电路；其中，所述多个电气小型天线中的每一个与所述多个可调谐带阻电路中的至少一个通信，并且每个可调谐带阻电路连接到单个节点；其中，所述多个电气小型天线中的每一个的最大尺寸基本等于或小于与通信工作频带内的频率相对应的波长的长度的十分之一；并且其中，所述多个可调谐带阻电路中的每一个是可调谐的，以调节带阻频率。在本公开的一方面中，用于MIMO的两个TESA位于移动设备的第一端或者位于移动设备的第二端，其中，第一端与第二端相对，并且移动设备可以包括金属环结构。两个TESA对于在约600MHz-960MHz之间的低频带工作频率是可调谐的。另外，两个TESA具有在约1700MHz-2700MHz之间的高频带中的工作频率的宽带宽。此外，带阻电路的频率范围是在低频带工作频率范围与高频带工作频率范围之间。在一些实施例中，可调谐天线可以使用金属环结构的部分作为天线辐射器。为了将TESA辐射器与金属环结构的其余部分分开，通过绝缘材料(例如，塑料)来连接辐射器。此外，在每个天线辐射器与金属环结构的上部之间存在绝缘材料。在本公开的一些实施例中，低频带的每个TESA的辐射图案在相反方向上远离0度而倾斜如，在相反方向上大约倾斜45度)，使得辐射图案基本解耦(例如，两个辐射图案之间的角度在约80度至100度之间)。由于该角度，天线彼此具有低相关性，并且因此具有低包络相关系数(ECC)。两个天线在物理结构和电气性能上对称，使得两个天线的增益失衡非常低(例如，大约0.5dB或更低)。在一些实施例中，天线的ECC低于0.5。在一些实施例中，天线辐射器中的每一个在结构上对称。每个绝缘体将天线辐射器与金属环结构的其余部分分开。此外，每个天线耦合到带阻电路。每个带阻电路与金属环结构的下部(即，天线辐射器)分开。此外，每个带阻电路包括可变电容器。在一些实施例中，在两个TESA设计中，一个TESA可以定位在移动设备的一个位置处，并且第二TESA可以定位在不同于第一位置的第二位置处。例如但不限于，一个TESA可以被定位在移动设备的第一端上，并且第二TESA可以被定位在移动设备的第二端，其中，第二端与第一端相对。在一些实施例中，该设计包括三个TESA，其中，两个TESA被定位在第一端，并且第三TESA被定位在与第一端相对的第二端。根据本公开的另一方面，移动设备包括四个TESA而不是两个TESA。在该配置中，在移动设备的第一端存在两个TESA，并且在移动设备的第二端存在两个TESA，其中第二端与第一端基本相对。在一些实施例中，虽然本领域普通技术人员将认识到本文讨论的原理可以类似地应用于被配置为在不同频率下工作的天线系统，但是天线对于在约600MHz-960MHz之间的低频带工作频率以及在约1700MHz与2700MHz之间的高频带工作频率是可调谐的。另外，使用金属环结构的实施方式包括通过绝缘体(例如，塑料)连接的六个金属组件。4-TESA配置中的TESA和带阻电路的位置类似于2-TESA配置中的TESA和带阻电路的位置，即，所有的带阻电路设置为远离金属环结构，并且金属环结构的部分用作天线辐射器。尽管在上文已经说明了本文公开的主题的一些方面，并且通过当前公开的主题实现了其全部或部分，但是在结合下文最佳描述的附图进行描述时，其他方面将变得显而易见。附图说明从下面的详细描述中，将更容易理解本公开的特征和优点，所述详细描述应结合仅通过说明性和非限制性示例的方式给出的所附示例附图来阅读。本部分后面的详细描述引用了下面简要描述的示例附图。图1A、图1B和图1C示出具有采用双-TESA配置的金属环结构的移动设备。图2示出具有采用4-TESA配置的金属环结构的移动设备。图3A和图3B是示出根据本公开主题的实施例的可调谐电气小型天线的示例性配置的电路图。图4A和图4B是示出电容调谐范围在约2pF与5pF之间的两个天线的S-参数的两个曲线图。图5A和图5B是示出两个天线的远场效率的两个曲线图。图6A和图6B是示出在约2pF的电容下天线中的一个天线的S-参数与该天线的包络相关系数之间的比较的两个曲线图。图7A和图7B是示出在约900MHz的频率下工作时两个TESA天线的辐射图案的两个图形。图8A、图8B和图8C示出突出绝缘体缝隙(insulatorslit)的移动设备的特写侧视图，以及示出了随着其对应的缝隙在约5mm与1mm之间改变时天线中的一个天线的S-参数和该天线的效率的两个曲线图。图9A、图9B和图9C示出突出TESA中的一个TESA的接地间距的移动设备的特写顶视图，以及示出了随着其对应的接地间距在约10mm与4mm之间改变时天线中的一个天线的S-参数和该天线的效率的两个曲线图。图10A、图10B和图10C示出突出第二TESA的接地间距的移动设备的特写顶视图，以及示出了随着其对应的接地间距在约10mm与4mm之间改变时第二天线的S-参数和第二天线的效率的两个曲线图。图11A、图11B、图11C、图11D、图11E和图11F是示出4个TESA天线的S-参数及它们的效率曲线的六个曲线图。图12A和图12B是示出其中电容被设定为其最大的4个TESA天线的S-参数的两个曲线图。具体实施方式本文描述的本主题提供了用于使用一个或多个可调谐电气小型天线系统(另外称为TESA)在包括金属环结构的移动设备中实现MI本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移动设备，包括：/n多个电气小型天线，其位于所述移动设备上；以及/n多个可调谐带阻电路；/n其中，所述多个电气小型天线中的每一个与所述多个可调谐带阻电路中的至少一个通信，并且每个可调谐带阻电路连接到单个节点；/n其中，所述多个可调谐带阻电路中的每一个是可调谐的，以在高于所述多个电气小型天线的低频带通信工作频率范围并且低于高频带通信工作频率范围的频率范围内调节带阻频率；并且/n其中，所述多个电气小型天线中的每一个的最大尺寸基本等于或小于与低于带阻频率的低频带通信工作频率范围内的频率相对应的波长的长度的十分之一。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180209 US 62/628,6911.一种移动设备，包括：
多个电气小型天线，其位于所述移动设备上；以及
多个可调谐带阻电路；
其中，所述多个电气小型天线中的每一个与所述多个可调谐带阻电路中的至少一个通信，并且每个可调谐带阻电路连接到单个节点；
其中，所述多个可调谐带阻电路中的每一个是可调谐的，以在高于所述多个电气小型天线的低频带通信工作频率范围并且低于高频带通信工作频率范围的频率范围内调节带阻频率；并且
其中，所述多个电气小型天线中的每一个的最大尺寸基本等于或小于与低于带阻频率的低频带通信工作频率范围内的频率相对应的波长的长度的十分之一。


2.根据权利要求1所述的移动设备，其中，所述多个电气小型天线中的第一天线具有第一辐射图案，并且所述多个电气小型天线中的第二天线具有第二辐射图案，所述第二辐射图案与所述第一辐射图案基本解耦。


3.根据权利要求1所述的移动设备，其中，所述多个电气小型天线中的第一天线和所述多个电气小型天线中的第二天线在物理结构和电性能上基本相同，使得所述多个电气小型天线中的第一天线和所述多个电气小型天线中的第二天线的增益失衡为约0.5dB。


4.根据权利要求3所述的移动设备，其中，所述多个电气小型天线中的第一天线和所述多个电气小型天线中的第二天线被配置为使得所述第一辐射图案与所述第二辐射图案之间的角度在约80度至100度之间；并且
其中，所述多个电气小型天线中的第一天线和所述多个电气小型天线中的第二天线具有低于0.5的包络相关系数(ECC)。


5.根据权利要求1所述的移动设备，其中，所述多个电气小型天线中的第一天线和所述多个电气小型天线中的第二天线对于在约600MHz与960MHz之间的低频带频率都是可调谐的。


6.根据权利要求1所述的移动设备，所述移动设备包括多个带宽控制电容器，其中，所述多个带宽控制电容器中的每一个连接在所述多个可调谐带阻电路之一与所述单个节点之间，每个带宽控制电容器具有串联电容，所述串联电容被选择为在高于带阻频率的高频带通信工作频率范围内实现期望的带宽。


7.根据权利要求1所述的移动设备，其中，所述移动设备包括多个谐振控制电容器，其中，所述多个谐振控制电容器中的每一个包括第一端子和第二端子，所述第一端子连接在每个可调谐带阻电路与所述单个节点之间，所述第二端子接地，每个谐振控制电容器具有并联电容，所述并联电容被选择为在高于带阻频率的高频带通信工作频率范围内实现谐振。


8.根据权利要求1所述的移动设备，其中，所述多个电气小型天线中的第一天线被定位在所述移动设备的第一位置上，并且所述多个电气小型天线中的第二天线被定位在所述移动设备的不同于第一位置的第二位置上；并且
其中，所述第一位置和所述第二位置被选择为最小化天线耦合以及所述多个电气小型天线中的第一天线和所述多个电气小型天线中的第二天线的天线辐射图案的多样性。


9.根据权利要求8所述的移动设备，其中，所述第一位置为所述移动设备的第一边缘的第一角，并且所述第二位置为所述移动设备的第一边缘的第二角。


10.根据权利要求8所述的移动设备，其中，所述多个电气小型天线中的第一天线被定位在所述移动设备的第一端，并且所述多个电气小型天线中的第二天线被定位在所述移动设备的第二端，其中，所述第一端与所述第二端相对。


11.根据权利要求1所述的移动设备，其中，所述移动设备还包括：接地层，其与所述多个可调谐带阻电路中的第一可调谐带阻电路和所述多个可调谐带阻电路中的第二可调谐带阻电路进行通信；并且
其中，所述接地层被定位为距离所述多个电气小型天线约4mm至10mm。


12.根据权利要求1所述的移动设备，其中，所述多个可调谐带阻电路中的每一个包括：
可调谐电容器，其连接在所述多个电气小型天线中的相应的天线与所述单个节点之间；以及
带阻电感器，其与位于所述多个电气小型天线中的相应的天线与所述单个节点之间的可调谐电容器并联连接，所述带阻电感器具有被选择为实现期望范围的带阻频率的电感。


13.根据权利要求12所述的移动设备，其中，所述可调谐电容器包括选自由微机电系统(MEMS)可变电容器、基于半导体开关的可变电容器、钛酸锶钡(BST)可变电容器或变容二极管组成的组的可变电容器。


14.根据权利要求12所述的移动设备，其中，所述可调谐电容器是可调谐的，以将其对应的带阻电路的电容调节到2pF至5pF的范围。


15.根据权利要求12所述的移动设备，其中，所述多个可调谐带阻电路中的每一个包括：固定电容器，其与所述可调谐电容器以及位于所述多个电气小型天线中的每一个天线与所述单个节点之间的带阻电感器并联连接；
其中，所述固定电容器的电容被选择为实现所述多个可调谐带阻电路中的每一个的期望的最小电容。


16.根据权利要求1所述的移动设备，所述移动设备包括多个电抗电路元件，其中，所述多个电抗电路元件中的每一个耦合在所述多个可调谐带阻电路中的相应的可调谐带阻电路与所述单个节点之间；
其中，在低于带阻频率的低频带通信工作频率范围内的期望的低频带频率处，针对所述多个可调谐带阻电路中的相应的可调谐带阻电路和相应的电气小型天线，所述多个电抗电路元件中的相应的电抗电路元件具有被选择为实现系统谐振的电抗。


17.根据权利要求16所述的移动设备，其中，所述多个电抗电路元件中的每一个包括并联连接的电感器，该电感器的第一端子连接在可调谐带阻电路之一与信号节点之间，并且该电感器的第二端子接地。


18.根据权利要求1所述的移动设备，所述移动设备包括一个或多个电容器，其中，所述一个或多个电容器中的每一个连接在电气小型天线之一与所述多个可...

【专利技术属性】
技术研发人员：申正燮，
申请(专利权)人：维斯普瑞公司，
类型：发明
国别省市：美国;US