空间复用多频天线单元及空间复用多频天线阵列的制作方法

1.本公开涉及通信技术领域，尤其涉及一种空间复用多频天线单元及空间复用多频天线阵列。


背景技术：

2.5g(5th generation mobile communication technology，第五代移动通信技术)基站为了适应大带宽、高容量的通信特点，普遍使用大规模mimo(multiple input multiple output，多输入多输出)天线，同时因为5g网络运行在700-800m、sub6g、毫米波多个不连续频段，无线传播特性差异很大，常规设计需要设置不同频段独用的天线，多频天线设计是将不同频段的天线阵列单元分布在一副天线外壳中不同位置，每个频段天线阵列都需要设置自己频率专用的分路合路单元，滤波单元，波束赋形单元，造成天线外形庞大，重量难以减轻、功耗难以降低，在很多场景无法安装，是阻碍5g网络快速建设的重要原因。
3.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

4.本公开的目的在于提供一种空间复用多频天线单元及空间复用多频天线阵列，该空间复用多频天线单元可以提升空间利用率、降低天线功耗、减轻天线重量；在同一物理空间实现不同频段选择性信号传输。
5.本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
6.本公开实施例提供一种空间复用多频天线单元，包括：第一环结构、第二环结构和门电路；其中，所述第一环结构和所述第二环结构同心设置，所述门电路用于分别控制所述第一环结构和所述第二环结构的断开和闭合；所述门电路控制所述第一环结构闭合、所述第二环结构断开时，所述空间复用多频天线单元工作在低频段；所述门电路控制控制第一环结构断开、所述第二环结构闭合时，所述空间复用多频天线单元工作在高频段。
7.在本公开一些示例性实施例中，所述第一环结构包括第一环结构外环和第一环结构内环，所述第二环结构包括第二环结构外环和第二环结构内环，其中，所述第一环结构外环、所述第一环结构内环、所述第二环结构外环和所述第二环结构内环同心设置。
8.在本公开一些示例性实施例中，所述门电路包括第一门电路、第二门电路、第三门电路和第四门电路；其中，所述第一门电路用于控制所述第一环结构外环的断开和闭合；所述第二门电路用于控制所述第一环结构内环的断开和闭合；所述第三门电路用于控制所述第二环结构外环的断开和闭合；所述第四门电路用于控制所述第二环结构内环的断开和闭合。
9.在本公开一些示例性实施例中，所述第一门电路设置于所述第一环结构外环上，所述第二门电路设置于所述第一环结构内环上，所述第三门电路设置于所述第二环结构外
环上；所述第四门电路设置于所述第二环结构内环上。
10.在本公开一些示例性实施例中，所述多频天线单元还包括：信号引入兼门电路控制线；所述信号引入兼门电路控制线用于引入射频信号及控制门电路。
11.在本公开一些示例性实施例中，信号引入兼门电路控制线包括第一信号引入兼门电路控制线、第二信号引入兼门电路控制线、第三信号引入兼门电路控制线及第四信号引入兼门电路控制线；其中，所述第一信号引入兼门电路控制线用于将射频信号引入至所述第一门电路，并控制所述第一门电路；所述第二信号引入兼门电路控制线用于将射频信号引入至所述第二门电路，并控制所述第二门电路；所述第三信号引入兼门电路控制线用于将射频信号引入至所述第三门电路，并控制所述第三门电路；所述第四信号引入兼门电路控制线用于将射频信号引入至所述第四门电路，并控制所述第四门电路。
12.在本公开一些示例性实施例中，所述第一环结构的物理尺寸与其工作频段范围相对应，所述第二环结构的物理尺寸与其工作频段范围相对应。
13.在本公开一些示例性实施例中，所述第一环结构为开口谐振环或互补开口谐振环，所述第二环结构为开口谐振环或互补开口谐振环。
14.在本公开一些示例性实施例中，所述第一环结构为圆形环结构或矩形环结构，所述第二环结构为圆形环结构或矩形环结构。
15.本公开实施例提供一种空间复用多频天线阵列，所述空间复用多频天线阵列包括多个如上述任一种空间复用多频天线单元。
16.本公开实施例提供的空间复用天线单元，通过在同一物理单元空间内以设置一组或多组不同大小的环结构，可以提升空间利用率，压缩天线尺寸；以同心方式设置一组或多组不同大小的环结构，可以共用波束赋形单元，降低天线功耗，减轻天线重量；环结构的物理尺寸对应工作频段范围，可以匹配5g网络多频段运行的特征；通过门电路控制不同环结构的断开和闭合，使非工作频段对应的环结构断开，工作频段对应的环结构闭合，形成射频信号通路，在同一物理空间实现了不同频段选择性信号传输。
17.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
18.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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。
19.图1是根据一示例性实施方式示出的一种空间复用多频天线单元的示意图。
20.图2是根据一示例性实施方式示出的一种开口谐振环的示意图。
21.图3是根据一示例性实施方式示出的一种互补开口谐振环的示意图。
22.图4是根据一示例性实施方式示出的另一种空间复用多频天线单元的示意图。
23.图5是根据一示例性实施方式示出的一种空间复用多频天线单元工作在低频段的示意图。
24.图6是根据一示例性实施方式示出的一种空间复用多频天线单元工作在高频段的
示意图。
25.图7是根据一示例性实施方式示出的一种空间复用多频天线阵列工作在低频段的示意图。
26.图8是根据一示例性实施方式示出的一种空间复用多频天线阵列工作在高频段的示意图。
27.图9是根据一示例性实施方式示出的一种空间复用多频天线阵列耦合方式的示意图。
28.图10是根据一示例性实施方式示出的一种空间复用多频天线阵列工作在异频方式的示意图。
具体实施方式
29.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
30.此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
31.下面结合附图对本公开示例实施方式进行详细说明。
32.图1是根据一示例性实施方式示出的一种空间复用多频天线单元的示意图。
33.参考图1，本公开实施例中，空间复用多频天线单元10可以包括第一环结构101、第二环结构102和门电路103。
34.其中，第一环结构101和第二环结构102同心设置。
35.第一环结构101和第二环结构102可以为一组环结构，本公开实施例中的空间复用多频天线单元可以包括一组或多组环结构，在下面的举例说明中，均以一组环结构为例，但本公开并不限定于此。
36.门电路103用于分别控制第一环结构101和第二环结构102的断开和闭合；在门电路103控制第一环结构101闭合、第二环结构102断开时，空间复用多频天线单元10工作在低频段；在门电路103控制第一环结构101断开、第二环结构102闭合时，空间复用多频天线单元10工作在高频段。
37.在示例性实施例中，第一环结构的物理尺寸与其工作频段范围相对应，第二环结构的物理尺寸与其工作频段范围相对应。
38.第一环结构的物理尺寸可以大于第二环结构的物理尺寸，第一环结构可以设置在第二环结构的外面，外围环结构(即第一环结构)对应频率低，工作波长大；内部环结构(即第二环结构)对应频率高，工作波长小。
39.本公开实施例中，第一环结构和第二环结构的物理尺寸对应工作频段范围，可以匹配5g网络多频段运行的特征。
40.在示例性实施例中，第一环结构为开口谐振环(srr，split-ring resonator)或互补开口谐振环(csrr,complementary split-ring resonator)，第二环结构为开口谐振环或互补开口谐振环。
41.图2是根据一示例性实施方式示出的一种开口谐振环的示意图。
42.图3是根据一示例性实施方式示出的一种互补开口谐振环的示意图。
43.参考图2和图3，开口谐振环20或互补开口谐振环30可以在物理尺寸远小于工作波长条件下实现谐振并呈现良好的带通特性，本公开实施例使用开口谐振环或互补开口谐振环可以构造小型化天线。
44.本公开实施例中，可以结合开口谐振环或互补开口谐振环中空的结构特点，以及5g不同频段差异较大带来波长差异较大的情况，设计多个环结构同心蚀刻成型的天线单元，外围环结构对应频率低，工作波长大；内部环结构对应频率高，工作波长小。为控制多个频段对应的环结构有序工作，可以在环结构上预留门电路，该门电路可以通过微带进行控制，并通过微带引入射频信号。
45.在示例性实施例中，第一环结构为圆形环结构或矩形环结构，第二环结构为圆形环结构或矩形环结构。
46.其中，圆形环结构可以为外侧圆形结构和内侧圆形结构围成的圆形环结构，矩形环结构可以为外侧矩形结构和内侧矩形结构围成的矩形环结构。
47.需要说明的是，本公开实施例中，以圆形环结构为例进行说明，但本公开并不限定于此。
48.本公开实施例提供的空间复用天线单元，通过在同一物理单元空间内以设置一组或多组不同大小的环结构，可以提升空间利用率，压缩天线尺寸；以同心方式设置一组或多组不同大小的环结构，可以共用波束赋形单元，降低天线功耗，减轻天线重量；环结构的物理尺寸对应工作频段范围，可以匹配5g网络多频段运行的特征；通过门电路控制不同环结构的断开和闭合，使非工作频段对应的环结构断开，工作频段对应的环结构闭合，形成射频信号通路，在同一物理空间实现了不同频段选择性信号传输。
49.图4是根据一示例性实施方式示出的另一种空间复用多频天线单元的示意图。
50.参考图4，空间复用多频天线单元40可以包括第一环结构、第二环结构和门电路。
51.其中，第一环结构可以包括第一环结构外环1011和第一环结构内环1012，第二环结构可以包括第二环结构外环1021和第二环结构内环1022，第一环结构外环1011、第一环结构内环1012、第二环结构外环1021和第二环结构内环1022同心设置。
52.在示例性实施例中，门电路包括第一门电路1031、第二门电路1032、第三门电路1033和第四门电路1034；其中，第一门电路1031用于控制第一环结构外环1011的断开和闭合；第二门电路1032用于控制第一环结构内环1012的断开和闭合；第三门电路1033用于控制第二环结构外环1021的断开和闭合；第四门电路1034用于控制第二环结构内环1022的断开和闭合。
53.在示例性实施例中，第一门电路1031设置于第一环结构外环1011上，第二门电路1032设置于第一环结构内环1012上，第三门电路1033设置于第二环结构外环1021上；第四门电路1034设置于第二环结构内环1022上。
54.例如，第一门电路1031可以设置在第一环结构外环1011上与第一环结构内环1012
的缺口对应的位置上，第二门电路1032可以设置在第一环结构内环1012上与第一环结构外环1011的缺口对应的位置上，第三门电路1033可以设置在第二环结构外环1021上与第二环结构内环1022的缺口对应的位置上，第四门电路1034可以设置在第二环结构内环1022上与第二环结构内环1021的缺口对应的位置上。
55.在示例性实施例中，空间复用多频天线单元40还可以包括：信号引入兼门电路控制线；其中，信号引入兼门电路控制线用于引入射频信号及控制门电路。
56.在示例性实施例中，信号引入兼门电路控制线包括第一信号引入兼门电路控制线1041、第二信号引入兼门电路控制线1042、第三信号引入兼门电路控制线1043及第四信号引入兼门电路控制线1044。
57.其中，第一信号引入兼门电路控制线1041用于将射频信号引入至第一门电路1031，并控制第一门电路1031；第二信号引入兼门电路控制线1042用于将射频信号引入至第二门电路1032，并控制第二门电路1032；第三信号引入兼门电路控制线1043用于将射频信号引入至第三门电路1033，并控制第三门电路1033；第四信号引入兼门电路控制线1044用于将射频信号引入至第四门电路1034，并控制第四门电路1034。
58.图5是根据一示例性实施方式示出的一种空间复用多频天线单元工作在低频段的示意图。
59.参考图5，空间复用多频天线单元工作在低频段时，第一信号引入兼门电路控制线1041控制第一门电路1031闭合，第二信号引入兼门电路控制线1042控制第二门电路1032闭合，第一环结构内环1012和第一环结构外环1011闭合，第一环结构进入低频段谐振工作状态；而第二环结构的第二环结构内环1022和第二环结构外环1021保持断开(也可称为开启)，未进入谐振状态。
60.上述信号引入兼门电路控制线可以为微带。
61.本公开实施例中，低频段电路工作时，第一环结构内外环上两个门电路受微带控制闭合，原来独立的4个半圆弧形成完整环结构，同时微带引入射频信号，第一环结构进入低频段谐振工作状态，而第二环结构上两个门电路继续保持开启，未进入谐振状态。多频天线单元整体功能表现为低频段工作单元。
62.图6是根据一示例性实施方式示出的一种空间复用多频天线单元工作在高频段的示意图。
63.参考图6，空间复用多频天线单元工作在高频段时，第三信号引入兼门电路控制线1043控制第三门电路1033闭合，第四信号引入兼门电路控制线1044控制第四门电路1034闭合，第二环结构内环1022和第二环结构外环1021闭合，第二环结构进入高频段谐振工作状态；而第一环结构的第一环结构内环1012和第一环结构外环1011保持断开(也可称为开启)，未进入谐振状态。
64.本公开实施例中，高频段电路工作时，第二环结构内外环上两个门电路受微带控制闭合，原来独立的4个半圆弧形成完整环结构，同时微带引入射频信号，第二环结构进入高频段谐振工作状态，而第一环结构上两个门电路继续保持开启，未进入谐振状态。多频天线单元整体功能表现为高频段工作单元。
65.本公开实施例中，空间复用多频天线单元可以设置一组或多组环结构，每组环结构均可以通过上述方式进行工作频段选择。
66.图7是根据一示例性实施方式示出的一种空间复用多频天线阵列工作在低频段的示意图。
67.图8是根据一示例性实施方式示出的一种空间复用多频天线阵列工作在高频段的示意图。
68.本公开实施例的空间复用多频天线阵列可以包括多个上述任一种空间复用多频天线单元，多个空间复用多频天线单元可以排列成一个阵列。
69.参考图7和图8，空间复用多频天线阵列可以包括多个空间复用天线单元10，或者多个空间复用天线单元40(图中未示出)。
70.空间复用多频天线阵列中的所有空间复用多频天线单元可以同时工作在低频段，也可以同时工作在高频段；也可以其中一部分工作的低频段、另一部分工作在高频段。
71.5g通信普遍使用大规模mimo天线实现高带宽、大容量特性，使用上述多频天线单元组成的多频天线阵列，可以成比例减少天线重量和功耗。
72.图9是根据一示例性实施方式示出的一种空间复用多频天线阵列耦合方式的示意图。
73.参考图9，上层介质板/多频天线阵列901可以位于上方，下层介质板/信号微带902可以位于下方。
74.图10是根据一示例性实施方式示出的一种空间复用多频天线阵列工作在异频方式的示意图。
75.参考图10，空间复用多频天线阵列中的一部分空间复用多频天线单元工作在低频段，覆盖距离远、穿透强、覆盖区域1001大；另一部分空间复用多频天线单元工作在高频段，覆盖距离近、覆盖区域1002小、带宽大、负荷高。
76.在5g网络运行中可以利用mimo技术使波束指向手机用户，提升信号质量，提高带宽能力，但是电磁波低频端穿透力强而带宽低，高频段穿透力弱而带宽高，单一频段mimo天线难以满足复杂多变的无线环境，传统多频段mimo天线则在尺寸、重量、功耗方面都难以压缩，影响使用范围。
77.本公开实施例的多频天线阵列可以将部分单元设置为低频段工作，结合波束赋形单元覆盖远距离较大范围内较大数量低带宽需求用户，同时将部分单元设置为高频段工作，结合波束赋形单元覆盖近距离小范围内高带宽需求用户，在满足多种覆盖场景情况下实现了天线小型化、轻量化、低功耗。
78.以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施方式。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。