具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，并使本申请实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请实施例中的技术方案作进一步详细的说明。

在对本申请实施例的技术方案说明之前，首先对本申请所涉及的技术场景和技术术语进行介绍。

本申请的技术方案涉及天线技术领域，具体地涉及一种包含毫米波天线电路，该电路可以应用于一种电子设备，进一步地，所述电子设备可以是一种终端设备(简称终端)，该终端可以是指向用户提供服务和/或数据连通性的设备，具有无线连接功能的手持式设备、或连接到无线调制解调器的其他处理设备，例如无线终端，车载无线终端，便携设备，可穿戴设备，移动电话(或称为“蜂窝”电话)，便携式、袖珍式、手持式终端等，它们与无线接入网交换语言和/或数据。例如，个人通信业务(personal communication service，PCS)电话、无绳电话、会话发起协议(SIP)话机、无线本地环路(wireless local loop，WLL)站、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等设备。所述无线终端也可以为订户单元(subscriber unit)、移动站(mobile station)、移动台(mobile)、远程终端(remoteterminal)、接入终端(access terminal)、用户终端(user terminal)、用户代理(useragent)、用户设备(user device)或用户设备(user equipment，UE)等，本申请对终端设备的类型不进行限定。

如图2所示，为本申请实施例提供的一种终端设备的结构示意图，该终端设备上设置有3个毫米波模组，分别是模组1#、2#和3#。其中，这3个毫米波模组分别设置在终端设备不同平面上。每个毫米波模组具有一定波束覆盖范围。

如图3所示，每个模组上天线阵列辐射的毫米波波束为单向前向方向的波束。3个模组的工作机制为：在模组1#、2#和3#中同一时刻只选择其中之一进行通信，所以整个终端设备的天线覆盖效果就是各模组的毫米波辐射方向的简单叠加，如图3所示，对于整机毫米波波束覆盖效果图可见，相邻两个模组辐射覆盖范围之外的信号覆盖较差。比如正对天线阵列方向的辐射增益较强，天线背侧或者毫米波辐射覆盖之外的区域(图3的箭头所示)信号强度较弱，甚至接收不到毫米波信号。

为了解决该技术问题，本申请实施例提供了一种毫米波模组电路，在对本实施例提供的毫米波模组电路介绍之前，首先介绍对水平极化和垂直极化的概念进行介绍。

电波在空间传播时，其电场矢量的瞬时取向称为极化。极化方式有两类：一种是线极化，一种是圆极化。其中在线极化方式下又分为水平极化和垂直极化。如果电波传播时电场矢量的空间描出轨迹为一直线，它始终在一个平面内传播，则称为线极化波。线极化波又有水平极化波和垂直极化波之分。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。如图4和图5所示，在图4所示的观察视角中，对于模组2#和3#可能存在水平极化和垂直极化两种极化方式。并且，模组2#和3#的极化方向均相同。

电波的极化特性取决于发射天馈系统的极化特性。接收天线必须与发射天线具有相同的极化和旋向特性，以实现极化匹配，从而接收全部能量。若部分匹配，则只能接收部分能量。其中，天线的极化特性是以天线辐射的电磁波在最大辐射方向上电场强度矢量的空间取向来定义的，是描述天线辐射电磁波矢量空间指向的参数。由于电场与磁场有恒定的关系，故一般都以电场矢量的空间指向作为天线辐射电磁波的极化方向。

为了增强信号覆盖范围，提高天线增益，本申请实施例提供了如下技术方案。

参见图6，为本申请实施例提供的一种毫米波模组电路的结构图。该电路包括处理模块100和毫米波模组200，并且，处理模块100和毫米波模组200相连接。具体的连接方式可以通过印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)走线、接插件或柔性电路板(FlexiblePrinted Circuit，FPC)等部件连接。

其中，毫米波模组200中包括至少两个毫米波模组，所述至少两个毫米波模组包括：第一毫米波模组210和第二毫米波模组220。并且，第一毫米波模组210和第二毫米波模组220相互垂直设置，如图4或图5所示，第一毫米波模组210为模组3#，第二毫米波模组220为模组2#。且第一毫米波模组210和第二毫米波模组220分别设置在两个不同的平面上，所述两个不同的平面互相垂直。

应理解，所述第一毫米波模组210和第二毫米波模组220相互垂直可以是呈90°角垂直，或者还可以是两个毫米波模组所在平面的夹角位于一定角度范围，比如在75°至115°范围内，都认为两个毫米波模组互相垂直。

此外，该电路中还可以包括第三毫米波模组230，以及等更多的毫米波模组，本实施例对此不予限制。

进一步地，每个毫米波模组中包括毫米波射频(RF)模块和天线阵列，所述RF模块和天下阵列相连接，天线阵列用于辐射毫米波波束，所述RF模块可以是RF芯片(IC)的一部分，可用于收发不同频率的信号，对信号做切换、滤波、以及下变频到中频等处理，比如将毫米波波束的频率降低到10GHz左右的中频，然后传输至中频IC或中频模块。

所述射频(RF)模块可以是一种射频电路，或者RF芯片。

所述天线阵列包括一维线阵，所述一维线阵由1×N个天线组成，N为正整数且N≥1。

进一步地，所述天线阵列中的天线为一种贴片天线(patch antenna)。所述贴片天线是一个饼状的定向天线，由两个金属板(其中一个金属板比另一个大)叠加组成的，中间有个片状介电质，比较适用于覆盖单层小型办公室、小型商店及其他接入点。贴片天线产生半球覆盖面，从安装点传播，传播范围可以在30°至180°之间。另外，每个所述patch天线支持水平极化和垂直极化两种馈电模式。

可选的，每个毫米波模组中还包括供电模块，该供电模块与RF模块连接，用于为RF模块供电。

处理模块100包括：基带模块110和中频模块120。其中，基带模块110与中频模块120相连接。基带模块110用于生成并发送基带信号。

可选的，所述基带模块110为一种基带芯片，该基带芯片可以是一个调制解调器(Modem)。

所述中频模块120包括：调制解调电路1201、收发电路1202、放大模块1203和开关器件1204。其中各个器件/电路的连接关系如图6所示。具体地，收发电路1202包括：第一接收电路RX1、第二接收电路RX2、第一发射电路TX1和第二发射电路TX2。所述放大模块1203包括放大器1和放大器2。所述开关器件1204中包括至少一个开关或开关电路。

可选的，所述中频模块120为一种中频IC。

本实施例中，在收发电路1202中设有两个发射电路和两个接收电路，进而通过前端开关器件1204可对待传输的信号切换至6路(或以上)，每个毫米波模组可以接收两路信号。

应理解，本实施例中的中频模块120中还可以包括其他更多或更少模块，本实施例对此不做限制。另外，所述收发电路1202、放大模块1203和开关器件1204中所包含的元件数量本实施例也不予限制。

在毫米波信号发射过程中，基带模块110向中频模块120发送基带信号，该基带信号经过调制解调电路1201、第一发射电路TX1、第二发射电路TX2、放大模块1203和开关器件1204等一系列处理后向毫米波模组200发送至少一个信号。毫米波模组中的RF模块接收该至少一个信号，然后对接收的信号转换为毫米波信号，并将该毫米波信号传输给毫米波模组，毫米波模组接收后经过天线阵列向外辐射毫米波。其中，天线阵列在向外辐射毫米波时极化方向可以是水平极化方向或者垂直极化方向。

其中，每个RF模块可以接收来自处理模块110发送的两路信号，一路是垂直极化信号，可用“V”表示；另一路是水平极化信号，可用“H”表示。在图6中，垂直极化信号传输的线路用实线表示，水平极化信号传输的线路用虚线表示。

本实施例提供的毫米波模组电路可利用毫米波模组排布情况，同时激活相近的两个或两个以上模组，选择合适的天线极化方向，从而提升天线增益，实现了更大区域的波束覆盖效果。

具体地，一种实现方式是，如图7a所示的电路结构，所述处理模块110，用于向第一毫米波模组210和第二毫米波模组220分别发送第一信号和第二信号。例如，基带模块110向中频模块120发送第三信号，其中，第三信号可根据基站调度生成。中频模块120获取所述基带模块110发送的第三信号后，对该第三信号进行处理后分别生成所述第一信号和第二信号，然后，中频模块120将第一信号发送至第一毫米波模组210，将第二信号发送至第一毫米波模组220。其中，第一信号和第二信号的波形相同，即第一信号和第二信号的内容相同。

例如图7b所示，一个Modem向中频IC发送第三信号，中频IC接收该第三信号后，对第三信号进行处理，然后向模组3#和模组2#分别发送一个信号，比如向模组3#发送的信号标记为第一信号，向模组2#发送的信号标记为第二信号，且所述第一信号和所述第二信号波形相同。所述第一信号和第二信号可通过垂直极化信号“V”线分别传输给模组3#和模组2#，或者，如图8所示，将所述第一信号和第二信号通过水平极化信号“H”线分别传输给模组3#和模组2#。

在图7a所示的示例中，中频模块120向第一毫米波模组210和第二毫米波模组220发送的第一信号和第二信号都是用于产生垂直极化的信号。其中，图7a所示，实线表示有实际信号传输，虚线则表示虚拟连接，即线路是连通的，但是未传输信号。

第一毫米波模组210和第二毫米波模组220分别用于接收中频模块120发送的第一信号和第二信号，以及根据所述第一信号和所述第二信号分别向外辐射第一毫米波和第二毫米波，其中，所述第一毫米波和第二毫米波的极化方向相同。

例如，假设第一毫米波模组210为模组3#，第二毫米波模组220为模组2#，则模组3#中的RF模块接收中频模块120发送第一信号，模组2#中的RF模块接收所述中频模块120发送第二信号，然后两个模组的RF模块分别将其接收的第一信号和第二信号转换为毫米波信号，在各自的天线阵列上产生垂直极化(如图7b所示)或水平极化方向(如图7a所示)的毫米波波束，最后通过各自的天线阵列向外辐射该毫米波。例如，模组3#通过其模组中的天线阵列向外辐射第一毫米波，模组2#通过其模组中的天线阵列向外辐射第二毫米波。毫米波辐射效果如图9所示，当使用模组2#和3#，或模组1#和3#时，会形成更大范围的毫米波波形，从而改善了原来信号较弱区域，或信号覆盖不到的区域的信号增益。

由于中频模块向两个毫米波模组分别传输的信号波形相同，所以在两个毫米波模组上产生的第一毫米波和第二毫米波的极化方向也相同，使得两个模组的天线阵列获得相干增益，形成较大范围的波束覆盖，补偿了原来单一模组毫米波辐射较弱的区域，本实施例达到更大区域的波束覆盖的有益效果。

本实施方式中，中频模块向两个毫米波模组发送波形相同的信号，从而使天线阵列产生极化方向相同的毫米波信号，进而获取相干增益的模式，该模式又称为“双模组覆盖增强模式”。

可选的，在另一个实施例中，上述毫米波模组电路还可以支持“双模组多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)模式”，该模式可用于提高天线的隔离度，防止信号互相干扰。

具体地，一种电路连接结构如图10a所示，处理模块100在发送所述第一信号和所述第二信号之前，还用于获取第四信号和第五信号，以及根据所述第四信号和第五信号分别生成所述第一信号和所述第二信号。此时，所述第一信号和所述第二信号的波形不相同。

参见图10b所示，发送的第一信号和第二信号中一个是用于生成水平极化方向的信号，一个是用于生成垂直极化方向的信号。比如中频模块120向第一毫米波模组210(模组3#)发送第一信号，该第一信号用于生成水平极化方向的信号；向第二毫米波模组220(模组2#)发送第二信号，该第二信号用于生成垂直极化方向的信号。

进一步地，一种获取所述第四信号和所述第五信号的方式是，如图10b所示，中频IC接收基带模块，比如Modem发送的所述第四信号和第五信号，即接收来自基带模块发送的两路信号，这两路信号不相关或者不相同。

需要说明的是，中频IC向两个毫米波模组发送的第一信号和第二信号还可以是用于产生极化方向相同的信号，比如图11所示，中频IC向第一毫米波模组发送第一信号和向第二毫米波模组发送第二信号，所述第一信号和第二信号都是用于生成水平极化方向的信号。类似的，中频IC发送的所述第一信号和第二信号还可以都是用于生成垂直极化方向的信号。

所述第一毫米波模组的RF模块接收来自中频IC的第一信号，所述第二毫米波模组的RF模块接收所述中频IC发送的第二信号后，每个RF模块分别将这些信号转换为毫米波信号，在两个毫米波模组的天线阵列中形成极化方向互相垂直的两个毫米波，分别是第一毫米波和第二毫米波，最后通过各自的天线阵列向外辐射所述第一毫米波和所述第二毫米波。

本实施例相比于中频IC将第一信号和第二信号都传输至同一个毫米波模组而言，由于两个毫米波模组之间具有一定间距，所以相比于单个模组可以获得更好的正交性，各自天线阵列上发射的毫米波信号之间不受干扰，或者说两个模组之间的隔离度增加，从而提高抗干扰能力。

上述实施例中介绍了毫米波模组的两种工作模式，分别是“双模组覆盖增强模式”和“双模组MIMO模式”，本实施例中还包含一种工作模式，即“单模组模式”。

参见图12a和图12b所示，图12a为一种单模组模式的电路图。在该电路图中，基带模块110可以向中频模块120发送一路基带信号或者两路基带信号。当发送两路基带信号时，这两路基带信号不相关或不相同。

中频模块120接收来自基带模块110发送的信号后，生成第一信号和第二信号，所述第一信号和所述第二信号不相同。然后中频模块120将所述第一信号和第二信号发送给任意一个毫米波模组，比如发送给第一毫米波模组210。所述第一毫米波模组210可以是模组1#，2#和3#中的任一个，如图12b所示，模组3#接收来自中频IC的第一信号和第二信号，并在其产生两个极化方向互相垂直的毫米波信号。例如图12c所示，每个天线阵列中示意了两个极化方向的天线阵列，一个是水平极化方向，另一个是垂直极化方向。其中，所述水平极化方向与水平面平行。

可选的，在另一种可能的实施方式中，所述天线阵列是1×N组阵，N≥1且为正整数，比如N＝4，即为1×4组阵，其中，水平极化方向或垂直极化方向与组阵方向呈第一夹角，比如，如图13a所示，垂直极化方向与组阵方向(即水平面)方向呈第一夹角，所述第一夹角用“θ”表示。

可选的，所述第一夹角θ＝45°，如图13b所示，两种极化方向都与组阵方向呈45°角的毫米波模组。

本实施方式中，利用一个模组上同一天线阵列的两种极化信号去做MIMO，可以得到单一方向的毫米波信号辐射范围，得到的辐射效果如前述图3所示。

采用“双模组MIMO模式”相比于“单模组模式”而言传输速率得到提高，因为采用单一模组双馈电的天线的包络相关系数(envelope correlation coefficient，ECC)差于双模组MIMO模式的天线阵列。其中，所述ECC是衡量天线MIMO性能的一个天线设计参数，所以，采用双模组MIMO模式传输可以获得更高的传输速率。

本实施例还提供了一种终端设备，该终端设备包括前述实施例中的毫米波模组电路，其中，所述电子设备包括主机，所述主机的一面为显示屏，另一面为背板，所述显示屏和所述背板之间通过中框连接。所述显示屏、背板和中框形成一容纳腔，所述容纳腔中设置有前述实施例所述的毫米波模组电路。

举例说明，当该终端设备是一种手机时，在该手机的容纳腔中设置两个或两个以上第二毫米波模组，比如第一毫米波模组和第二毫米波模组。

其中，所述第一毫米波模组设置于背板所在的平面内，所述第二毫米波模组设置于所述中框所在的任一平面内；或者，所述第一毫米波模组和所述第二毫米波模组分别设置于所述中框所在的两个不同的平面内。

可选的，如果还包括第三毫米波模组，那么可以设置所述第三毫米波模组所在的平面与所述第一毫米波模组和所述第二毫米波模组所设置的平面均不同。

比如毫米波模组电路中包括毫米波模组1#、2#和3#，且这些毫米波模组的位置可以自由设置。且这3个(或更多)毫米波模组的位置可以设置在终端设备的X轴(包括+/-X轴)、Y轴或Z轴所在的平面上，其中，Z轴垂直于桌面，模组1#、2#和3#的线阵排列方向平行，具体的，排列方式可以是如下各种：

一种设计方式是，如图14a所示，模组1#设置在位于手机左侧中框上，即+X轴的面上，该模组1#发射的毫米波波束向手机终端的左侧辐射；模组2#设置在位于手机右侧中框上，对应-X轴的面上，发射毫米波波束向手机终端的右侧辐射；模组3#设置在容纳腔内，位于手机背部所在的平面上，即对应Z轴的面上，毫米波波束辐射方向为向手机终端背部辐射。

可选的，另一种可能的设计是，保持毫米波模组1#和2#的位置不变，仅改变模组3#的位置，比如如图14b所示，将模组3#的位置由竖直方向变换成水平方向。或者，如图14c所示，将模组3#设置在手机中框的另一侧，比如手机中框顶端一侧面上，对应Y轴的面上。

应理解，本实施例中，模组3#还可以设置在手机的其他位置上，本实施例对模组3#的位置不做限制。另外，上述模组1#和2#的位置，以及更多的毫米波模组的位置也可以自由设置，本实施例对多个毫米波模组中各个模组的具体位置不做限制，只要保证前提条件是不同模组设置在终端设备不同平面上，从而使得各个模组位置互相垂直。

本申请实施例提供的一种包含毫米波模组电路的终端设备，通过基带模块向中频模块发射不同的基带信号，使得中频模块向至少一个毫米波模组发射不同的信号，这些不同的信号可在毫米波模组的RF模块中生成水平极化方向和/或垂直极化方向的信号，进而实现毫米波模组在以下各种模式下工作：

模式1、双模组覆盖增强模式

在双模组覆盖增强模式中，基带模块与中频模块之间传输一路信号，比如第三信号，中频模块接收该第三信号后分别向一个毫米波模组发送第一信号，向另一个毫米波模组发送第二信号，且第一信号和第二信号的波形相同，激活两个毫米波模组的天线阵列同时工作，从而获得相干增益，提高天线增益，扩大毫米波波束覆盖范围，补偿了单个毫米波模组辐射信号较差或无信号覆盖的区域。

模式2、双模组MIMO模式

在双模组MIMO模式中，基带模块与中频模块间之间传输两路信号，比如第四信号和第五信号，中频模块接收这两个信号后分别向两个毫米波模组发送第一信号和第二信号，且第一信号和第二信号的波形不同，可激活两个毫米波模组的天线阵列同时工作，从而获得更好的正交性，同时提升了天线阵列的ECC，从而提高MIMO传输性能。

模式3、单模组模式

在单模组模式中，中频模块将第一信号和第二信号同时发送至一个毫米波模组，从而使得该毫米波模组的天线阵列上产生两个极化方向的信号，实现单一方向的波束覆盖。

此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或多于两个。另外，为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，在本申请的实施例中，采用了“第一”、“第二”、“第三”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”、“第三”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”、“第三”等字样也并不限定一定不同。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。