Meta VR专利提出优化无线天线隔离，改善无线VR传输

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使用寄生天线来优化天线隔离度，亦即避免天线之间的串扰

（映维网Nweon 2023年03月07日）对于VR，头显用户的移动与对应于用户移动而显示的图像之间的延迟可能会导致晕动症，并减损用户体验。所以，提高无线设备之间通信的吞吐量十分重要和通过多个无线链路改善天线之间的隔离度（亦即避免天线之间的串扰）非常重要。在名为“Antenna isolation using parasitic element in wireless devices”的专利申请中，Meta就提出了相关的解决方案。具体来说，所述发明主要是使用寄生天线来优化天线隔离度。作为补充，天线隔离度是指一个天线发射的信号与另一个天线所接收的信号功率的比值。

在一个实施例中，无线设备可以包括配置为执行无线通信的第一天线、配置为进行无线通信的第二天线和寄生天线。第一天线可以具有连接到第一阻抗调谐器的馈线。第二天线可以具有连接到第二阻抗调谐器的馈电，其中第二阻抗调谐连接到第一接地平面。寄生天线可以设置在第一和第二天线之间，馈线连接到连接到第二接地平面的第三阻抗调谐器。第一阻抗调谐器、第二阻抗调谐器和第三阻抗调谐器可以调整以配置第一天线、第二天线和寄生天线以实现相同的谐振频率。

通过使用上述方法，设备可以防止一个天线耦合到另一个天线（或与另一天线谐振），或至少减少这种耦合，而不必增加天线之间的物理间隔或改变天线的极化。

图2是根据示例实施例的头显。图3示出了一个无线环境300，其中两个无线设备340、360通过多个无线链路370、380与无线设备320通信。无线设备320可以是头显，并配置为通过包括Wi-Fi链路370和蓝牙链路380的多个无线链路执行无线通信。

每个无线设备340、360可以是手持式控制器并可以包括多个天线（至少包括Wi-Fi天线和蓝牙天线），从而使得无线设备可以通过Wi-Fi链路370和蓝牙链路380与头显320通信。

如果两条链路是时分双工（TDD），则每条链路不能充分利用其全部带宽。所以在如图3所示的环境或类似环境中，TDD不太可能，因为吞吐量对于用户体验而言十分重要。

当无线链路以相同或相似的频带操作时，通过多个无线链路改善天线之间的隔离度（亦即避免天线之间的串扰）非常重要。

例如参考图3，头显320和控制器（340、360）可以使用2.4GHz蓝牙链路380，使得控制器可以与头显320通信追踪数据。

在一个实施例中，所述蓝牙链路在延迟方面具有严格的要求（例如＜2ms），并且对于用户体验至关重要。另外，控制器340、360可以具有内向外追踪摄像头，使得每个控制器通过2.4GHz Wi-Fi链路370从头显接收房间映射数据更新。

由于关键的控制器延迟要求以及映射数据的带宽要求，这两条链路（蓝牙链路和Wi-Fi链路）无法共享。另外，Wi-Fi和蓝牙链路不能是TDD（时分双工），因为它们由不同的无线电驱动。

所以，一种可能的情况是相同或相似频带（2.4GHz至2.484GHz）中的两个无线链路同时工作。这在每个无线设备中的2.4GHz Wi-Fi天线和2.4GHz BT天线之间施加了高隔离度要求。例如，当同一设备中的Wi-Fi和蓝牙天线同时工作（没有TDD）时，一个天线的发射操作会降低另一个天线上的接收灵敏度。因此，天线隔离对于减少在同一设备中共存的天线之间的干扰或串扰至关重要。

在一种方法中，可以使用空间分集和极化分集来改善天线隔离度。例如，可以通过增加天线之间的物理间隔（在同一设备中）来实现空间分集。

然而，图3中的控制器340、360可以采取了小形状参数，并且手柄通常包含一个金属电池，所以天线无法放置在手柄中。另外，控制器的摄像头优选地放置在没有遮挡的地方，这对天线放置和定向造成了显著的限制。所以在图3所示的控制器中，天线之间的空间分集不可能。

极化分集可以通过水平或垂直地使用电场矢量和磁场矢量之间的正交性来实现。然而，如果设备由于包括一个或多个摄像头和一个或更多个电池而具有小形状参数，则天线之间的极化分集不太可能。这是因为：

由于小形状参数而不能实现完全的正交性

用户的手可以改变极性

以及摄像头或电池的金属可以用作反射器。

为了解决这些问题，Meta提出可以使用寄生元件改善天线隔离度。在无线设备中，寄生元件（或寄生天线元件）可以经由电阻元件、电抗元件、开路、短路或前述任意一个或多个的任意组合中的至少一个放置在接地平面，从而增加在同一频带中操作的无线电之间的隔离。

另外，寄生元件可以形成为现有印刷电路板（PCB）的一部分，所以BOM成本可以忽略不计。

在一个实施例中，寄生元件可以放置和设计成使得来自一个（主）天线的能量耦合到寄生元件，而不是耦合到另一个（主要）天线，从而提高天线隔离度。

具有连接到发射机或接收机的馈电的主天线可以是任何天线类型，从而允许寄生元件与辐射间接耦合。寄生元件可以用简单的金属结构来实现。寄生元件可以是与主天线的类型相同的类型和/或具有与主天线相似的形状。

在一个实施例中，寄生元件可以形成在与主天线所在的PCB不同的PCB中/上。例如，无线设备的单独的第一和第二接地平面可以形成在无线设备的各个PCB之上，使得第一主天线的端口/馈电连接到第一接地平面，而第二主天线的接口/馈电和寄生元件的端口/馈给连接（或参考）到第二接地面。

寄生元件可以安装在与安装第一主天线的接地平面不同的接地之上，使得寄生元件与第一天线谐振。

在一个实施例中，所述设备可以包括第一主天线、第二主天线和寄生元件，使得寄生元件安装在第一天线的PCB和第二天线的PCB之间的PCB之上。利用所述配置，用于第一主天线的接地平面和用于寄生元件和/或第二主天线的地平面分离，从而减少直接在第一主天线和第二主电极之间流动的表面电流，以及为信号和电缆布线提供更大的灵活性。

在一个实施例中，可以将寄生元件连接到可变移相器和将可变移相器连接到开关，以经由多个端接选项与接地平面端接来控制天线隔离度。

例如，寄生元件可以连接到可变移相器的一个端子，可变移相器另一个端子可以连接到开关的一侧。开关可以具有经由至少一个终端选项连接到接地平面的另一侧，使得开关可以经由至少一种终端选项将寄生元件与接地平面端接。

在一个实施例中，开关可以是SP4T开关。可变移相器的另一端可以连接到SP4T开关的极，SP4T的四个掷端分别连接到例如电感器、电容器、可变电阻器、短路。通过所述配置，将移相器添加到开关（用于端接）可以提供额外的调谐旋钮，甚至可以提供更多的灵活性，以在小尺寸器件中实现高隔离度。

在一个实施例中，在多个频带上调谐寄生元件以与至少一个主天线谐振。

无线设备包括连接到寄生元件的调谐器电路，以将寄生元件的谐振频率调整到感兴趣的频率。例如，调谐器电路可以调整寄生元件的谐振频率，使得寄生元件与2.4GHz频带中的第一主天线谐振，以防止第一天线耦合到安装在2.4GHz频带操作的同一设备上的第二主天线。

第一主天线、第二主天线和寄生元件可以分别连接到第一调谐器、第二调谐器和第三调谐器。第一主天线的馈电、第二主天线的馈送和寄生元件的馈电可以分别连接到第一调谐器、第二调谐器和第三调谐器。第一、第二和第三调谐器可以调整以分别配置第一天线、第二天线和寄生元件以实现相同的谐振频率。

在一个实施例中，无线设备包括调制解调器电路，其配置为经由时钟和/或控制器信号控制第一、第二和第三调谐器。连接到寄生元件的调谐器电路可以配置为在多个频带中选择特定天线的频带，从而在多个调谐器状态下操作。

利用所述配置，寄生元件不仅可以在特定频带（例如，对于Wi-Fi/BLE的2.4GHz频带），而且可以在不同频带（例如蜂窝频带）改善天线隔离度。

通过将寄生元件连接到调谐器并与用于主天线的其他调谐器同步，相同的寄生元件可以改善系统支持的多个频带（Wi-Fi、蓝牙、BLE、蜂窝或LTE等）中的天线隔离度。另外，因为主天线已经具有相应的调谐器，所以仅添加一个与寄生元件相对应的附加调谐器可以改善多个频带中的天线隔离度。

在一个实施例中，无线设备可以通过使用配置为执行信号组合和/或消除的信号消除电路来改善天线隔离度，从而可以消除来自一个或多个主天线的一个或更多个信号。信号消除电路可以通过信号消除来检查或确定最大可能隔离，并基于最大可能隔离来消除信号。

图4是使用分离接地平面的一个或多个寄生元件的天线隔离实施例图。无线设备（例如，图3中的控制器340、360）包括用于天线隔离的设备400。设备400可包括形成或安装在用作第一接地平面的第一PCB 430上的第一主天线410、形成或安装于用作第二接地平面第二PCB 440上的寄生天线元件（或寄生元件）450、以及形成或安装第三PCB 460上的第二主天线420。

寄生元件（例如寄生元件450）可以安装在接地平面（例如接地平面440）之上，所述接地平面与安装有一个或多个主天线（例如第一主天线430）的一个或更多个接地平面不同或分离。

寄生元件可以形成在不同于其中形成或安装主天线（例如第一和第二主天线410、420）的PCB（例如第二PCB 440）中。

在一个实施例中，第一主天线（例如第一主天线410）的端口连接到第一接地面（例如第一接地面430），而第二主天线的馈电（例如第二天线420的馈电425）和寄生元件（例如寄生元件450）的端口接到第二接地面（如第二接地平面440）。

寄生元件可以安装在与安装第一主天线的接地平面不同的接地上，使得寄生元件与第一天线谐振。

图5是具有一个或多个寄生元件的天线隔离性能图。结果表明，使用寄生元件的设备可以实现比不使用寄生元件配置多5dB的天线隔离。

图6A和图6B是使用开关的寄生元件端接与一个或多个寄生元件进行天线隔离的实施图。无线设备包括用于天线隔离的设备600。设备600可以包括第一主天线410、第二主天线420、形成或安装在第二接地平面440上的寄生天线元件（或寄生元件）450以及终端选择电路650。在一个实施例中，设备600可以具有与设备400（参见图4）的PCB和天线配置类似的PCB布置和天线配置。

相关专利：

Meta Patent | Antenna isolation using parasitic element in wireless devices

https://patent.nweon.com/27115

名为“Antenna isolation using parasitic element in wireless devices”的Meta专利申请最初在，并在日前由美国专利商标局公布。