天线系统及网络切换方法与流程

本发明涉及天线技术领域，尤其指一种天线系统及网络切换方法。

背景技术：

已知，wlan(wirelesslocalareanetworks)指无线局域网，其相对于有线网络而言，无需通过物理线缆组件，而是利用电磁波，在空中进行通信连接，从而能够使用户在使用网络时能够具有更多的灵活性和移动性，其已经广泛的应用于已知的很多电子智能设备上。wwan(wirelesswideareanetwork)指无线广域网，该技术使得电子设备如笔记本电脑、平板电脑等在有蜂窝网络覆盖的范围内连接到互联网。

目前，带有金属外壳的笔记本或3c类电子产品上通过使用射频天线实现上述的wlan、wwan等网络连接功能，已知天线对笔记本的无线环境有一定的要求，即天线辐射或接收区域不得有金属。常见的解决办法是在金属面板上设置非金属塑胶区。非金属塑胶区的设置会导致整个笔记本壳体的结构强度下降，变形度难控制，外观处理复杂，良率下降，因而会造成成本上升等问题。而如果天线的尺寸可以被控制到满足使用条件下的最小尺寸，那么因为非金属塑胶区带来的问题就会被极大程度上的改善。所以天线小型化设计是电子产品天线设计上的一直需要突破的技术难题。

然而，随着人们对电子产品的功能需求的增长，很多电子产品需要设置多种不同类型的天线，以满足不同的网络信号需求，例如，以手机为例，需要既能够接收不同运营商的2g/3g/4g信号，也需要能够连接无线局域网，因而需要分别设置与不同频段的信号相对应的多个收发天线，另外，一些笔记本电脑，平板电脑在具备无线局域网网络信号收发功能的同时，也配备了无线广域网网络信号收发模块，只需安装对应运营商的sim卡即可在有无线广域网信号的地区进行网络传输，在这种情况下，也同样需要设置多个收发天线。

已知，无线广域网的信号收发频率一般在699mhz-2690mhz之间，属于低频信号段，而无线局域网的信号收发频率则一般有低频(1710mhz-2690mhz)和高频(5150mhz-5850mhz)两个波段，因此，无线局域网和无线广域网的信号收发频率是有一定重合的，然而目前的电子产品中，由于天线是分别对应设置的，因此有一部分天线实际上是多余的，而分别设置多个收发天线，也会造成天线尺寸变得更大，占用空间更大，而且，随着新的5g网络的出现，未来会有更多的不同频段的网络信号天线被放置在电子产品中，所以如果仅仅是通过对单个天线本身进行结构设计，已经很难使天线变得更小，而设置多个收发天线仍然会占用较大空间，与此同时，现有的天线由于是分别对应的设置的，因此需要设置相应电路进行馈电，结构复杂，切换网络类型时，某些天线完全停止工作，天线利用效率很低，所以我们亟需一种新的解决方式。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种天线系统及网络切换方法。

为实现上述效果，本发明的天线系统及网络切换方法采用如下技术方案：

一种天线系统，包括：

至少两个天线单元，每个天线单元均至少具有一主天线及一副天线，

至少两个与所述天线单元分别对应的网卡单元，各所述天线单元的主天线连接至与其所对应的所述网卡单元，

切换开关，各所述天线单元的副天线均通过所述切换开关连接至与其所对应的所述网卡单元，以及，

控制单元，其与所述切换开关连接以控制各所述天线单元的副天线与其所对应的网卡单元之间的信号连接通断。

作为优选，所述天线单元包括：

第一天线单元，其为无线局域网天线，所述第一天线单元包括第一主天线及第一副天线，所述第一主天线为具有信号收发功能的天线，其用于监测环境中的无线局域网络信号；所述第一副天线为具有信号接收功能的天线，其用于通过无线局域网进行信号接收；

第二天线单元，其为无线广域网天线，所述第二天线单元包括第二主天线以及第二副天线，所述第二主天线为具有信号收发功能的天线，其用于监测环境中的无线广域网络信号；所述第二副天线为具有信号接收功能的天线，其用于通过无线广域网进行信号接收。

作为优选，所述网卡单元包括wlan网卡、wwan网卡，所述wlan网卡与所述第一天线单元相对应，所述wwan网卡与所述第二天线单元相对应。

作为优选，所述切换开关为型号为bgs12sn6电子开关。

作为优选，所述控制单元为嵌入式控制器。

一种网络切换方法，包括：

检测当前环境的网络信号特征；

根据所述网络信号特征，确定与当前环境匹配度最高的目标网络；

切换至所述目标网络。

作为优选，所述网络信号特征包括：信号强度、信号类别。

作为优选，当在环境中仅能检测到一个信号类别时，则直接采用该类别的网络；

当在环境中能检测到至少两个信号类别时，则继续检测各信号的信号强度，并切换至信号强度最强的网络。

作为优选，所述信号类别包括：wlan信号，wwan信号。

作为优选，在切换至信号强度最强的网络之前，还包括向终端列举当前可用网络信号的信号类别及信号强度，并由用户选择进行切换。

与现有技术相比，本发明的天线系统及网络切换方法，通过对天线系统的结构改进，将所有天线的引出馈线通过一个切换开关与嵌入式控制器连接进行控制，减少了需要重复设置馈电线路所需占用的空间，有益于降低成本，同时提供一种从软硬件层面结合以进行网络切换的方法，相比于现有技术软硬件结构框架更简单，操作更便捷，更稳定。

附图说明

图1为本发明的实施例的系统结构框图；

图2为本发明的实施例的切换开关结构图；

图3为本发明的实施例的网络切换方法流程图；

图4为本发明的实施例的网络切换方法流程图；

图5为本发明的实施例的天线系统所采用的天线的主视图；

图6为图5的后视图；

图7为本发明的实施例的天线系统所采用的天线安装至基体的主视图。

附图标记说明：

1-第一辐射部11-第一馈入段12-第二馈入段111-第一辐射段112-第二辐射段113-第三辐射段114-第四辐射段115-馈电点2-第一耦合部21-接地段22-耦合段23-接地点3-第二耦合部4-基体5-第一天线单元51-第一主天线52-第一副天线6-第二天线单元61-第二主天线62-第二副天线7-切换开关8-网卡单元9-控制单元。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

参照图1至图2所示，其示出本发明实施例的一种天线系统，其主要应用于目前已知的3c类产品如笔记本电脑、平板电脑或手机登智能终端设备上，其包括：至少两个天线单元，至少两个与所述天线单元分别对应的网卡单元8，切换开关7及控制单元9。

两天线单元中的每个天线单元均至少具有一主天线及一副天线，其中，主天线单元为具有信号收发功能的天线，副天线为具有信号接收功能的天线，当主天线与副天线同时工作时，一个天线单元才能够正常的工作。

同时，每个天线单元均具有与其相对应的网卡单元8，各所述天线单元的主天线连接至与其所对应的所述网卡单元8，该网卡单元8用于实现与其对应的天线单元所收发的信号的数据封装与解封、链路管路及编码与译码等，从而使智能设备能够通过天线单元与对应的网络建立数据连接。

切换开关7为一电子芯片元件，各天线单元的副天线均通过所述切换开关7连接至与其所对应的所述网卡单元8，该切换开关7作为控制各天线单元工作的开关，其能够控制是否给各天线单元的副天线馈电，当某天线单元的副天线未馈电时，该天线单元则仅保留能够监测环境中的对应网络信号的功能，而无法进行完整的网络信号传输工作。

控制单元9与所述切换开关7连接以控制各所述天线单元的副天线与其所对应的网卡单元8之间的信号连接通断，其可以是嵌入式控制器。

具体的，天线单元可以是目前已知的不同类型的天线，例如，lte宽频天线、2.4g5gwifi天线、5g天线、gps天线等，通过将各类天线进行结构改进使它们的副天线均通过一个切换开关7的馈线引出连接到馈电端，节省了分别的不同天线进行馈电线路布局所需要占用的空间，减少了天线所占用的尺寸。

进一步的，本发明实施例的天线单元包括第一天线单元5及第二天线单元6。

第一天线单元5为无线局域网天线(wlan天线)，其包括第一主天线51及第一副天线52，所述第一主天线51为具有信号收发功能的天线，其用于监测环境中的无线局域网络信号；所述第一副天线52为具有信号接收功能的天线，其用于通过无线局域网进行信号接收。

第二天线单元6为无线广域网天线(wwan天线)，其包括第二主天线61以及第二副天线62，所述第二主天线61为具有信号收发功能的天线，其用于监测环境中的无线广域网络信号；所述第二副天线62为具有信号接收功能的天线，其用于通过无线广域网进行信号接收。

与之对应的，网卡单元8包括wlan网卡、wwan网卡，wlan网卡与所述第一天线单元5相对应，wwan网卡与所述第二天线单元6相对应。

进一步的，参照图2，本发明实施例中所采用的切换开关7为型号为bgs12sn6电子开关，其具有一个输入端rfin及双向控制开关rf1、rf2，其中rf1、rf2分别连接至第一天线单元5的副天线及第二天线单元6的副天线。

本发明实施例进一步给出了一种仅有一个馈电端但同时能够满足wlan天线与wwan天线功能的天线结构实施例，参照图5至图7，其可以包括基体4、第一辐射部1、第一耦合部2、接地段21及第二耦合部3。

第一辐射部1包括馈入段，馈入段由印刷电路板的底边向上延伸且一端(下端)为馈电端，馈入段的中部沿相反的两个方向(左右方向)分别横向延伸形成第一辐射段111、第二辐射段112，馈入段的与其馈电端相对的另一端沿相反的两个方向(左右方向)分别延伸形成第三辐射段113及第四辐射段114；本实施例中，馈入段包括并列设置的第一馈入段11与第二馈入段12，第一馈入段11的底部与第二馈入段12的底部均设置馈电点115，第二辐射段112、第四辐射段114与第二馈入段12连接，构成一个倒f型天线结构，第一辐射段111、第三辐射段113与第一馈入段11连接，构成一个倒f型天线结构，两个倒f型天线结构背靠背设置，而构成可操作在双频段的单极天线结构。

第一耦合部2包括一接地段21，以及由该接地段21的一端朝平行所述第三辐射段113及所述第四辐射段114的方向延伸以相互耦合的耦合段22；具体的本实施例中参见图2所述，本实施例中的第一耦合部2的接地段21由耦合段22的靠中间位置由上向下曲折式延伸而与系统接地面(图未示)接地，耦合段22的一部分与第四辐射段114部分重叠以与第三辐射段113、第四辐射段114产生耦合，并将第三辐射段113、第四辐射段114上的电磁能量传递至耦合段22上，使得第三辐射段113、第四辐射段114与耦合段22共同构成可操作在多频带的wwan天线，具体的，通过控制耦合段22与第四辐射段114、第三辐射段113之间的间距，从而控制耦合量，以达到调整天线阻抗匹配的目的。

基于天线结构，针对所需的操作频段，对第三辐射段113、第四辐射段114和耦合段22的长、宽进行适当调整设计，将使本实施例的天线的操作频段可以涵盖lte(824mhz～960mhz，1710～2170mhz)，而具有wwan天线功能，具体的，本实施例中，上述耦合段22的辐射频段为699～960mhz，第三辐射段113的辐射频段为1565mhz～1675mhz，第四辐射段114的辐射频段为1710～2170mhz，因此符合wwan天线的功能要求。

第二耦合部3设置在该印刷电路板上且平行于所述第四辐射段114以相互耦合。具体的，通过对第二耦合部3的长、宽以及其与第四辐射段114之间的间距进行适当调整设计，从而控制耦合量，以达到调整天线阻抗匹配的目的，并使第二耦合部3能够涵盖2300mhz～2690mhz(2.4ghz),通过调整第一辐射段111、第二辐射段112使第一辐射段111能够涵盖2400mhz～2500mhz(2.4ghz)，使第二辐射段112能够涵盖5150mhz～5850mhz(5.8ghz)。

进一步的，继续参照图5至图7，本实施例中，所述第一辐射段111的长度小于所述第三辐射段113的长度，所述第二辐射段112的长度小于所述第四辐射段114的长度，从而构成可操作在两个频段的平面倒f型(pifa)天线结构，从而成为能够符合无线局域网工作要求包括802.11a/b/g的wlan天线。

通过这样的结构，仅通过一个馈电端，形成能够同时满足wwan天线与wlan天线功能要求的pcb天线，从而减少了wwan天线与wlan天线因频段重叠部分所需要的天线尺寸，减少了天线整体所占用的空间，也无需分别设置不同的馈电点以控制不同的天线，有利于天线小型化设计。

继续参照图3至图4，通过采用上述的天线系统，本发明实施例进一步提供一种网络切换方法，包括：

步骤1：检测当前环境的网络信号特征；

步骤2：根据所述网络信号特征，确定与当前环境匹配度最高的目标网络；

步骤3：切换至所述目标网络。

步骤1中，采用本发明实施例中的天线系统的各天线单元中的主天线对环境中的网络信号特征进行监测并将监测数据通过网卡单元8传输至操作系统端。

步骤2中，根据所监测到的网络信号特征，确定与当前环境匹配度最高的目标网络，例如，当智能终端设备处于同时具有wwan信号及wlan信号的室内时，如果确定wlan信号与当前环境匹配度最高，则将wlan网络确定为目标网络。

步骤3中，通过嵌入式控制器控制切换开关7接通天线系统中的wlan信号天线及网卡单元8进行馈电，使智能终端设备能够连接至wlan网络并进行网络数据交互。

具体的，上述实施例中所述的网络信号特征包括：信号强度、信号类别，其中，本实施例中的信号类别包括：wlan信号、wwan信号。

进一步的，参照图4，当在环境中仅能检测到一个信号类别时，则直接采用该类别的网络；例如，在当前环境中仅能够监测到wlan信号或wwan信号时，则直接选择采用该类别的网络，并通过嵌入式控制器控制切换开关7切换至相应的信号天线进行馈电。

当在环境中能检测到至少两个信号类别时，则继续检测各信号的信号强度，并切换至信号强度最强的网络，例如，在当用户刚从室外进入有wlan网络覆盖的室内时，此时环境中同时有wlan信号具有wwan信号，而wlan信号的强度更大，则在操作系统层面则会直接控制控制单元9向切换开关7发出切换至wlan网络的指令，并由切换开关7将馈电电流切换至用于收发wlan网络信号的天线单元。

进一步的，在切换至信号强度最强的网络之前，还包括向终端列举当前可用网络信号的信号类别及信号强度，并由用户选择进行切换。例如，会在操作系统端通过弹窗或气泡窗口等形式，向用户列举当前可用网络的列表，并由用户选择其所需要的网络进行切换。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明保护范围内。