移动终端波束智能切换天线及进行波束智能切换的方法与流程

本发明涉及移动终端无线通讯领域，特别涉及一种移动终端波束智能切换天线及进行波束智能切换的方法。

背景技术：

对当前的移动终端设备来说，4G是目前较快速率的数据传输，其主要应用技术是MIMO。但是当移动基站距离移动终端较远或者当信号质量不好时，MIMO的作用相当有限。

智能天线系统包含了很多信号处理技术，本质上不同于传统的天线系统。智能天线是指由多天线和空时信号处理算法的有机结合所形成的具有动态和智能的天线形式。智能天线系统大致可分为4大类：扇区化天线系统、波束切换天线系统、波束形成和分集天线。扇区化天线以及波束切换天线实现相对容易，成本较低，但是在移动终端上实现较为困难；而波束形成和分集天线技术在算法上较为复杂以及对硬件要求较高，因此移动终端很难得到有效的应用。因此如何在移动终端上采用智能天线的形式是人们比较关心的问题。

波束智能切换天线是指在覆盖范围内产生多个不同指向的波束，每一时刻选择一种波束覆盖需要的范围进行通信，其中每个波束可以由单个定向天线产生，也可以由多个天线的组合产生，这样可以获得比传统的全向天线大得多的天线增益，从而增大作用范围，同时能够降低移动终端设备的功率。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于移动终端的波束智能切换天线及利用该天线进行波束智能切换的方法，该天线系统在克服全向天线增益较低的同时能够保证通信质量、增强信号传输、降低移动终端设备功率。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种移动终端波束智能切换天线，包括一个功率分配器或合成器、射频开关、天线单元、馈线、介质基板、比较电路以及控制电路，功率分配器或合成器用于对不同天线组合的功率分配或者合成；射频开关用于控制对应天线单元工作状态的通断；天线单元用于合成需要波束；所述天线单元包括至少两个单元，馈线用于功率分配器或合成器与天线单元的信号连接；比较电路用于比较接收到的信号的幅度或相位信息，同时发送指令给控制电路；控制电路用于控制射频开关的通断。

作为优选方式，所述功率分配器或合成器位于介质基板正面中部，所述天线单元位于介质基板正面，所述射频开关分布在介质基板上功率分配器/合成器两侧，并由馈线分别将天线单元与功率分配器或合成器相连接，所述比较电路、控制电路、天线单元都处于介质基板上。

作为优选方式，该天线的装置外形为长方体或其它多面体。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种利用所述的天线进行波束智能切换的方法，由每个天线单元以及各个单元之间的组合形成多种不同指向的波束能够覆盖整个需要的工作区域，比较电路对端口输出信号进行周期性的扫描从而不断检测信号的实时信息，对检测到的信号比较后选择最优的工作状态，通过控制电路控制射频开关的通断选择最佳的波束指向。

作为优选方式，所述进行波束智能切换的方法进一步包括以下步骤：

a)将射频信号从功率分配器/合成器的端口输出，比较电路对接收的信号幅度或相位进行比较，选择质量最佳的信号并判断出射频信号的位置，从而控制相对应的射频开关选通对应的天线实现波束合成，被选通的天线单元用来接收信号，同时射频开关断开其余与天线单元相连接的馈线；

b)当移动终端位置发生改变时或者信号质量较差时，比较电路根据周期性检测到的信号幅度或相位，发送指令给控制电路，控制电路收到切换指令后，驱动射频开关通过馈线选通天线单元并断开其余的天线单元，从而实现波束的智能切换。

本发明的有益效果为：通过在移动终端的上端或下端设置多个天线，根据不同的波束位置选择相对应的一个或者多个天线工作，合成对应波束指向来波信号方向，从而保证通信的稳定、实现高速率数据传输以及降低移动终端设备的功率。

附图说明

图1是本发明的移动终端主体以及移动终端波束智能切换天线结构示意图；

图2是本发明的移动终端波束智能切换天线的结构示意图；

图3是本发明的移动终端波束智能切换天线的波束示意图；

图4是本发明的移动终端波束智能切换天线工作框图。

其中，1为手机终端载体，2为功率分配器或合成器、3为射频开关、4为天线单元、5为馈线、6为介质基板；7为覆铜层；3-1为第一射频开关，3-2为第二射频开关，3-3为第三射频开关，3-4为第四射频开关，4-1为第一天线单元，4-2为第二天线单元，4-3为第三天线单元，4-4为第四天线单元，8为比较电路，9为控制电路。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如图1所示，本发明的移动终端波束智能切换天线的一个具体实施实例为手机终端波束智能切换天线，包括一个手机终端载体1、功率分配器或合成器2、射频开关3、天线单元4、馈线5、介质基板6、比较电路8以及控制电路9，功率分配器或合成器2用于对不同天线组合的功率分配或者合成；射频开关3用于控制对应天线单元工作状态的通断；天线单元4用于合成需要波束；如图2所示，所述天线单元包括4个单元：第一天线单元4-1、第二天线单元4-2、第三天线单元4-3、第四天线单元4-4，馈线5用于功率分配器或合成器与天线单元的信号连接；比较电路用于比较接收到的信号的幅度或相位信息，同时发送指令给控制电路；控制电路用于控制射频开关的通断。

所述功率分配器或合成器2位于介质基板6正面中部，所述天线单元4位于介质基板6正面；所述射频开关3均匀分布在介质基板6上功率分配器/合成器2左右两侧，并由馈线5分别将4个天线单元4与功率分配器或合成器2相连接，4个天线单元4与功率分配器或合成器2之间的馈线5上分别设有第一射频开关3-1、第二射频开关3-2、第三射频开关3-3、第四射频开关3-4，所述比较电路、控制电路、天线单元4都处于介质基板6上。介质板6的背面除去天线单元4的背面为净空外其余为覆铜层7。

该天线的装置外形为长方体或其它多面体。

本发明的终端载体不仅局限于手机终端，还可为平板电脑终端等可以放置多个天线单元的移动终端设备。

本实施例还提供一种利用所述的天线进行波束智能切换的方法，由每个天线单元4以及各个单元之间的组合形成多种不同指向的波束能够覆盖整个需要的工作区域，比较电路对端口输出信号进行周期性的扫描从而不断检测信号的实时信息，对检测到的信号比较后选择最优的工作状态，通过控制电路控制射频开关3的通断选择最佳的波束指向。

所述进行波束智能切换的方法进一步包括以下步骤：

a)将射频信号从功率分配器/合成器2的端口输出，比较电路对接收的信号幅度或相位进行比较，选择质量最佳的信号并判断出射频信号的位置，从而控制相对应的射频开关3选通对应的天线实现波束合成，被选通的天线单元4用来接收信号，同时射频开关3断开其余与天线单元4相连接的馈线5；

b)当移动终端位置发生改变时或者信号质量较差时，比较电路根据周期性检测到的信号幅度或相位，发送指令给控制电路，控制电路收到切换指令后，驱动射频开关3通过馈线5选通天线单元4并断开其余的天线单元，从而实现波束的智能切换。

如图1所示，天线单元4采用倒F天线形式，天线载体采用单面具有覆铜层7的介质基板，功率分配器/合成器采用50Ω的SMA接头。本发明的天线单元形式不仅局限倒F天线，还可以为其它功能相似的天线形式。

如图2所示为本发明的移动终端波束智能切换天线的部分波束方向图的仿真结果。

如图3所示，本发明的移动终端波束智能切换天线的工作流程框图。图3说明可以实现不同指向的定向波束。

在实际的操作时，可根据实际需要，采取不同的天线形式、天线数量以及天线摆放位置。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。