CN102856645B - 支持lte mimo技术的手机天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种支持LTE MIMO技术的手机天线结构，包括金属地面、主天线和分集天线，金属地面包括第一侧边和第二侧边，第一侧边和第二侧边为一组对边，主天线设置在所述金属地面的第一侧边，分集天线设置在金属地面的第二侧边。分集天线包括分集天线馈电线、分集天线馈电端口和若干分集天线弯折分支金属线，若干分集天线弯折分支金属线分别与金属地面连接；所述分集天线馈电线的一端与分集天线馈电端口连接，另一端与一分集天线弯折分支金属线连接。此天线是可以覆盖低频段的高性能LTE MIMO天线，且非常适于放置安装在手机等移动终端上，以解决现有技术中无法在多个宽频段内同时实现良好的隔离与低的相关性的技术问题。

Description

支持LTE MIMO技术的手机天线结构

技术领域

本发明涉及一种手机天线，特别涉及一种支持LTE MIMO技术的手机天线结构。

背景技术

作为下一代无线通信技术，LTE（Long Term Evolution，是下一代无线通信标准）可提供更快的数据速率，更优良的多媒体服务。在LTE技术中，MIMO（Multiple Input Multiple Output，指的是在发射端采用多根发射天线，接收端采用多根接收天线）是最关键的技术。为了实现MIMO工作，需要使用两个或多个工作在相同频率的接收及发射天线。衡量MIMO天线好坏的几个主要指标包括：辐射效率、隔离度、相关性系数。这几个指标对整个系统的性能都将起到至关重要的影响。但是由于手机等移动终端一般体积都比较小，天线之间的间隔也很小，很难实现良好的隔离和低的相关性系数，尤其是在低于1GHz这样的低频段，但是在1GHz以下又是LTE的常用频段。为了实现性能优良的LTE天线，多家公司及多个研发团队做了大量的研究工作，所提出的方法及结构包括以下几种：

第一种，采用去耦技术。请参考图1，这种技术在两个天线之间增加了一段去耦合网络，该网络由两根传输线和几个集总参数元件组成。但是该方法有以下几个缺点：一是占用了过多的PCB板空间，而且网络需要穿过整个PCB板，这在实际的设计中是不允许的；二是该方法只能在一个窄频段内实现良好的隔离与低的相关性，无法在多个宽频段内同时实现良好的隔离与低的相关性。

第二种，采用中和线技术实现天线间的高隔离。请参考图2，在两个相距很近的天线之间增加一根传输线，该传输线可以中和天线之间的耦合能量，实现高的隔离。但是，该方法的缺点也很明显：一是只能在很窄的频带内是实现高隔离；二是该方法不适合多频段工作，采用该方法在一个窄频段内可以实现高的隔离，但在其他频段内却使隔离变坏。而且采用中和线技术后，两个天线依然对称，辐射方向还是会很接近，因此其低频段的包络相关性系数问题可能依然无法得到解决。

第三种，采用电磁超材料天线。请参考图3，该技术采用两个电磁超材料技术制作天线，因此天线尺寸较小。但是该技术也很难实现多频段工作，且在设计频段内天线的辐射效率也比较低。

第四种，采用分集天线侧边放置的方法。请参考图4，主天线放置在板子长边的端部，而分集天线放置在板子的侧边。两种天线的辐射方向各不相同，从而实现天线间高的隔离度和低的相关性系数，且辐射效率较好。但是该方法需要占用几乎全部的侧面空间，很多时候手机厂商无法提供这样的空间给分集天线，这限制了该方法的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种支持LTE MIMO技术的手机天线结构，此天线是可以覆盖低频段的高性能LTE MIMO天线，且非常适于放置安装在手机等移动终端上，以解决现有技术中无法在多个宽频段内同时实现良好的隔离与低的相关性的技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种支持LTE MIMO技术的手机天线结构，包括金属地面、主天线和分集天线，所述金属地面包括第一侧边和第二侧边，所述第一侧边和第二侧边为一组对边，所述主天线设置在所述金属地面的第一侧边，所述分集天线设置在所述金属地面的第二侧边。

较佳地，所述分集天线包括分集天线馈电线、分集天线馈电端口和若干分集天线弯折分支金属线，若干分集天线弯折分支金属线分别与所述金属地面连接；所述分集天线馈电线的一端与所述分集天线馈电端口连接，另一端与一分集天线弯折分支金属线连接，若干分集天线弯折分支金属线形成电容加载，并改变工作频率处分集天线的电流分布及辐射方向。

较佳地，若干分集天线弯折分支金属线均与所述金属地面形成缝隙，所述若干分集天线弯折分支金属线向对应方向弯折。

较佳地，所述若干分集天线弯折分支金属线包括第一分集天线弯折分支金属线和第二分集天线弯折分支金属线，所述第一分集天线弯折分支金属线和第二分集天线弯折分支金属线的一端均与所述金属地面连接；所述分集天线馈电线的一端与所述分集天线馈电端口连接，另一端与所述第一分集天线弯折分支金属线连接。

较佳地，所述第一分集天线弯折分支金属线包括若干分支，若干分支共用一共用金属线，所述共用金属线的一端与所述金属地面连接。

较佳地，所述主天线包括第一主天线金属线、第二主天线金属线和主天线馈电端口，所述第一主天线金属线的一端与所述主天线馈电端口连接，所述第二主天线金属线的一端与所述金属地面连接。

较佳地，所述第一主天线金属线和第二主天线金属线均为弯折金属线，所述第一主天线金属线与第二主天线金属线向相反侧弯折。

较佳地，所述第一主天线金属线的长度为最低工作频率波长的四分之一。

较佳地，所述第一主天线金属线和第二主天线金属线的长度相近。

较佳地，所述主天线为以下其中一种：单极子天线、环天线、IFA天线、PIFA天线，槽天线。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

本发明一种支持LTE MIMO技术的手机天线结构，其在手机这样的狭小空间内，设计处工作频率可以覆盖700MHz这样的低频段的LTE MIMO天线，所设计的天线在设计频段内具有良好的辐射性能，同时实现天线间的高的隔离和低的相关性系数，具体具有以下几种优点：

第一，本发明的天线结构可以在低于1GH的低频段内实现主天线与分集天线的高隔离与低相关性；

第二，本发明的天线结构中的分集天线放置在电路板的端部，不需要占用过多的侧边区域，方便了手机等移动终端设备中非天线器件的设计安装；

第三，本发明的天线结构不需要附加额外器件，结构简单，成本低。

附图说明

图1为现有技术中采用去耦技术的结构示意图；

图2为现有技术中采用中和线技术实现天线间的高隔离的结构示意图；

图3为现有技术中采用电磁超材料天线的结构示意图；

图4为现有技术中采用分集天线侧边放置的方法的结构示意图；

图5为本发明实施例1的支持LTE MIMO技术的手机天线结构的示意图；

图6为本发明实施例1的主天线的结构示意图；

图7为本发明实施例1的分集天线的结构示意图；

图8为本发明实施例1的主天线和分集天线S的参数图；

图9为本发明实施例1的主天线和分集天线的相关系数图；

图10为本发明实施例2的支持LTE MIMO技术的手机天线结构的示意图；

图11为本发明实施例2的分集天线的结构示意图；

图12为本发明实施例2的主天线和分集天线S的参数图；

图13为本发明实施例2的主天线和分集天线的相关系数图。

具体实施方式

本发明提供一种支持LTE MIMO技术的手机天线结构，包括金属地面、主天线和分集天线，金属地面包括第一侧边和第二侧边，第一侧边和第二侧边为一组对边，主天线设置在金属地面的第一侧边，分集天线设置在金属地面的第二侧边。分集天线包括分集天线馈电线、分集天线馈电端口和若干分集天线弯折分支金属线，若干分集天线弯折分支金属线分别与金属地面连接；分集天线馈电线的一端与所述分集天线馈电端口连接，另一端与一分集天线弯折分支金属线连接，若干分集天线弯折分支金属线形成电容加载，并改变工作频率处分集天线的电流分布及辐射方向。在本发明中，分集天线可以设计为低频工作，也可以通过增加更多的金属线来增加频段数目以实现高频工作。以下结合附图，举具体实施例加以详细说明。

实施例1

请参考图5，一种支持LTE MIMO技术的手机天线结构，包括金属地面1、主天线11和分集天线12，金属地面1包括第一侧边10和第二侧边20，第一侧边10和第二侧边20为一组对边。在本实施例中，第一侧边10与第二侧边20平行。主天线11设置在金属地面1的第一侧边10，分集天线12设置在金属地面1的第二侧边20。在本实施例中，此金属地面1是一长方型结构，第一侧边10与第二侧边20是一组对边，此对对边可以是两侧的对边，也可以是两端的顶部对边，本实施例对此不加以限制。优选的，第一侧边10与第二侧边20为两端的顶部对边，即分集天线12是设置在顶部的，将分集天线12设置在顶部，此种设置方式比设置在两侧的边上技术难度大。

请参考图6，在本实施例中，主天线11包括第一主天线金属线111、第二主天线金属线112和主天线馈电端口13，第一主天线金属线111的一端与主天线馈电端口13连接，第二主天线金属线112的一端与金属地面1连接。在本实施例中，第一主天线金属线111和第二主天线金属线112均为弯折金属线，第一主天线金属线111与第二主天线金属线112向相反侧弯折。从图中所示，第一主天线金属线111的一端与主天线馈电端口13连接，并平行于金属地面1向外延伸，然后向上弯折一段距离后再向左延伸，然后再向前延伸一段距离后再向右延伸；第二天线金属线的一端在金属地面1的14处连接，并平行于金属地面1向外延伸，然后向上弯折一段距离后再向右延伸，然后再向前延伸一段距离后再向左延伸。从总体上来，第一主天线金属线111和第二主天线金属线112是相两个相反方向弯折的。在本实施例中，第一主天线金属线111和第二主天线金属线112有一段距离重叠。

在本实施例中，第一主天线金属线111的长度为最低工作频率波长的四分之一，且第一主天线金属线111和第二主天线金属线112的长度相近。

在本实施例中，分集天线12包括分集天线馈电线、分集天线馈电端口和若干分集天线弯折分支金属线，若干分集天线弯折分支金属线分别与金属地面1连接；分集天线馈电线的一端与分集天线馈电端口连接，另一端与一分集天线弯折分支金属线连接，若干分集天线弯折分支金属线形成电容加载，并改变工作频率处分集天线的电流分布及辐射方向。在本实施例中，若干分集天线弯折分支金属线均与金属地面1形成缝隙，若干分集天线弯折分支金属线向对应方向弯折。

请参考图7，在本实施例中，若干分集天线弯折分支金属线包括第一分集天线弯折分支金属线121和第二分集天线弯折分支金属线123，第一分集天线弯折分支金属线121和第二分集天线弯折分支金属线123的一端均与金属地面1连接；分集天线馈电线122的一端与分集天线馈电端口16连接，另一端与第一分集天线弯折分支金属线121连接。从图中所示，第一分集天线弯折分支金属线121的一端在金属地面1的15处连接；分集天线馈电线122的一端与分集天线馈电端口16连接，分集天线馈电线122的另一端与第一分集天线弯折分支金属线121连接；第二分集天线弯折分支金属线123的一端在金属地面1的17处连接，并且，第一分集天线弯折分支金属线121均为L型，第一分集天线弯折分支金属线121垂直于金属地面1向上延伸，然后再向右延伸；第二分集天线弯折分支金属线123垂直于金属地面1向上延伸，然后再向左延伸。从整体上看，第一分集天线弯折分支金属线121是从金属地面1的左端延伸出来的，第二分集天线弯折分支金属线123是从金属地面1的右端延伸出来的，即第一分集天线弯折分支金属线121和第二分集天线弯折分支金属线123的位置是相对的，并且，第一分集天线弯折分支金属线121位于第二分集天线弯折分支金属线123的上方。

在本发明中，第二分集天线弯折分支金属线123对第一分集天线弯折分支金属线121形成电容加载，其作用之一是可以减少第一分集天线弯折分支金属线121的长度，作用之二上可以改变工作频率处分集天线12的电流分布及辐射方向，并减少与主天线11的耦合，改善分集天线12与主天线11的隔离度及相关性系数。分集天线馈电线122的一端与分集天线馈电端口16连接，另一端与第一分集天线弯折分支金属线121连接，将能量馈给第一分集天线弯折分支金属线121并辐射出去。在本实施例中，此分集天线12仅仅设计为低频工作，实际上可以通过增加一些金属线实现高频工作，本发明不作具体限制。

在本实施例中，主天线11采用环天线，与分集天线12实现一个LTE MOMO天线结构组合，但本发明并不局限于此，主天线11还可以采用单极子天线、环天线、IFA天线、PIFA天线，槽天线等，本发明不加以限制。

图8为本实施例的回波损耗及隔离度的测试结果图，其中曲线C1S11代表主天线11在整个频带内的回波损耗，曲线C1S22代表分集天线12的回波损耗，曲线C1S21代表主天线11和分集天线12之间的隔离。主天线11与分集天线12在0.734-0.746GHz的频段内一起实现MIMO工作。曲线C1S21在设计频段内都小于-20dB，说明主天线11和分集天线12之间具有相当良好的隔离度。

参考图9，其为本实施例主天线11与分集天线12的相关性系数，从图中可以看到，在设计频段0.734-0.746GHz内，相关性系数小于0.1，表明主天线11和分集天线12可以实现很好的MIMO工作。

本发明所提出的支持LTE MIMO技术的手机天线结构可以采用多种技术实现，如PCB加工，柔性版技术，金属黏贴，3D LDS加工等技术，但本发明所提出的天线结构不仅可以采用上述技术实现，也可以采用其他可能的加工技术实现，本发明不加以限制。

实施例2

在本发明中，为了便于描述和便于理解，不同的实施例对于相同的结构名称采用相同的标号，即对于相同的结构名称，即使结构不同，但仍采用相同的标号。

请参考图10，一种支持LTE MIMO技术的手机天线结构，包括金属地面1、主天线11和分集天线12，金属地面1包括第一侧边10和第二侧边20，第一侧边10和第二侧边20为一组对边。在本实施例中，第一侧边10与第二侧边20平行。主天线11设置在金属地面1的第一侧边10，分集天线12设置在金属地面1的第二侧边20。在本实施例中，此金属地面1是一长方型结构，第一侧边10与第二侧边20是一组对边，此对对边可以是两侧的对边，也可以是两端的顶部对边，本实施例对此不加以限制。优选的，第一侧边10与第二侧边20为两端的顶部对边，即分集天线12是设置在顶部的，将分集天线12设置在顶部，此种设置方式比设置在两侧的边上技术难度大。

在本实施例中，主天线的结构与实施例1中的主天线的结构完全相同。请参考图6，主天线11包括第一主天线金属线111、第二主天线金属线112和主天线馈电端口13，第一主天线金属线111的一端与主天线馈电端口13连接，第二主天线金属线112的一端与金属地面1连接。在本实施例中，第一主天线金属线111和第二主天线金属线112均为弯折金属线，第一主天线金属线111与第二主天线金属线112向相反侧弯折。从图中所示，第一主天线金属线111的一端与主天线馈电端口13连接，并平行于金属地面1向外延伸，然后向上弯折一段距离后再向左延伸，然后再向前延伸一段距离后再向右延伸；第二天线金属线的一端在金属地面1的14处连接，并平行于金属地面1向外延伸，然后向上弯折一段距离后再向右延伸，然后再向前延伸一段距离后再向左延伸。从总体上来，第一主天线金属线111和第二主天线金属线112是相两个相反方向弯折的。在本实施例中，第一主天线金属线111和第二主天线金属线112有一段距离重叠。

在本实施例中，第一主天线金属线111的长度为最低工作频率波长的四分之一，且第一主天线金属线111和第二主天线金属线112的长度相近。

在本实施例中，分集天线12包括分集天线馈电线、分集天线馈电端口和若干分集天线弯折分支金属线，若干分集天线弯折分支金属线分别与金属地面1连接；分集天线馈电线的一端与分集天线馈电端口连接，另一端与一分集天线弯折分支金属线连接，若干分集天线弯折分支金属线形成电容加载，并改变工作频率处分集天线的电流分布及辐射方向。在本实施例中，若干分集天线弯折分支金属线均与金属地面1形成缝隙，若干分集天线弯折分支金属线向对应方向弯折。

请参考图11，在本实施例中，若干分集天线弯折分支金属线包括第一分集天线弯折分支金属线121和第二分集天线弯折分支金属线123，第一分集天线弯折分支金属线121和第二分集天线弯折分支金属线123的一端均与金属地面1连接。第一分集天线弯折分支金属线包括若干分支，若干分支共用一共用金属线1213，此共用金属线1213的一端与金属地面连接。本发明对分支的个数不作限制，在本实施例中，第一分集天线弯折分支金属线包括两个分支，即第一分支1211和第二分支1212，第一分支1211和第二分支1212共用一共用金属线1213，此共用金属线1213的一端与金属地面连接，另一端与第二分支1212连接，共用金属线1213的中间位置与第一分支1211连接。分集天线馈电线122的一端与分集天线馈电端口16连接，另一端与第一分集天线弯折分支金属线121连接。在本发明中，分集天线馈电线122的另一端可以与第一分支1211连接，也可以与第二分支1212连接，本发明不作具体限制。在本实施例中，分集天线馈电线122的另一端可以与第二分支1212连接。从图中所示，共用金属线1213分别与第一分支1211和第二分支1212垂直连接，共用金属线1213的一端在金属地面1的15处连接；分集天线馈电线122的一端与分集天线馈电端口16连接，分集天线馈电线122的另一端与第二分支1212连接；第二分集天线弯折分支金属线123的一端在金属地面1的17处连接。第一分集天线弯折分支金属线121的共用金属线1213垂直于金属地面1向上延伸，第一分支1211和第二分支1212分别垂直连接于共用金属线1213并向右延伸；第二分集天线弯折分支金属线123垂直于金属地面1向上延伸，然后再向后延伸，最后再向左延伸。从整体上看，第一分集天线弯折分支金属线121是从金属地面1的左端延伸出来的，第二分集天线弯折分支金属线123是从金属地面1的右端延伸出来的，即第一分集天线弯折分支金属线121和第二分集天线弯折分支金属线123的位置是相对的。

在本发明中，第一分集天线弯折分支金属线121的第二分支1212可以形成一个低频段工作，第一分支1211可以产生另一个低频段工作，第二分集天线弯折分支金属线123对第一分支1211和第二分支1212都形成电容加载，可以改变工作频率处分集天线的电流分布及辐射方向，并减少与主天线的耦合，改善分集天线与主天线的隔离度及相关性系数。分集天线馈电线122的一端与分集天线馈电端口16连接，另一端与第一分集天线弯折分支金属线121，将能量馈给第一分支1211和第二分支1212并辐射出去。在本实施例中，此分集天线12仅仅设计为低频工作，实际上可以通过增加一些金属线实现高频工作，本发明不作具体限制。

在本实施例中，主天线11采用环天线，与分集天线12实现一个LTE MOMO天线结构组合，但本发明并不局限于此，主天线11还可以采用单极子天线、环天线、IFA天线、PIFA天线，槽天线等，本发明不加以限制。

图12为本实施例的回波损耗及隔离度的测试结果图，其中曲线C2S11代表主天线11在整个频带内的回波损耗，曲线C2S22代表分集天线12的回波损耗，曲线C2S21代表主天线11和分集天线12之间的隔离。主天线与分集天线在0.734-0.746GHz和0.869-0.894的频段内一起实现MIMO工作。曲线C2S21在设计频段内都小于-10dB，说明主天线11和分集天线12之间具有相当良好的隔离度。

图13为本实施例主天线11与分集天线12的相关性系数，从图中可以看到，在设计频段0.734-0.746GHz以及0.869-0.894GHz内，相关性系数小于0.5，表明主天线11和分集天线12可以实现很好的MIMO工作。

本发明所提出的支持LTE MIMO技术的手机天线结构可以采用多种技术实现，如PCB加工，柔性版技术，金属黏贴，3D LDS加工等技术，但本发明所提出的天线结构不仅可以采用上述技术实现，也可以采用其他可能的加工技术实现，本发明不加以限制。

以上公开的仅为本申请的两个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (7)

1.一种支持LTE MIMO技术的手机天线结构，其特征在于，包括金属地面、主天线和分集天线，所述金属地面包括第一侧边和第二侧边，所述第一侧边和第二侧边为一组对边，所述主天线设置在所述金属地面的第一侧边，所述分集天线设置在所述金属地面的第二侧边；所述分集天线包括分集天线馈电线、分集天线馈电端口和若干分集天线弯折分支金属线，若干分集天线弯折分支金属线分别与所述金属地面连接；所述分集天线馈电线的一端与所述分集天线馈电端口连接，另一端与一分集天线弯折分支金属线连接，若干分集天线弯折分支金属线相互之间形成电容加载，并改变工作频率处分集天线的电流分布及辐射方向；

所述若干分集天线弯折分支金属线均与所述金属地面形成缝隙，所述若干分集天线弯折分支金属线向相对的方向弯折。

2.如权利要求1所述的支持LTE MIMO技术的手机天线结构，其特征在于，所述若干分集天线弯折分支金属线包括第一分集天线弯折分支金属线和第二分集天线弯折分支金属线，所述第一分集天线弯折分支金属线和第二分集天线弯折分支金属线的一端均与所述金属地面连接；所述分集天线馈电线的一端与所述分集天线馈电端口连接，另一端与所述第一分集天线弯折分支金属线连接。

3.如权利要求2所述的支持LTE MIMO技术的手机天线结构，其特征在于，所述第一分集天线弯折分支金属线包括若干分支，若干分支共用一共用金属线，所述共用金属线的一端与所述金属地面连接。

4.如权利要求1所述的支持LTE MIMO技术的手机天线结构，其特征在于，所述主天线包括第一主天线金属线、第二主天线金属线和主天线馈电端口，所述第一主天线金属线的一端与所述主天线馈电端口连接，所述第二主天线金属线的一端与所述金属地面连接。

5.如权利要求4所述的支持LTE MIMO技术的手机天线结构，其特征在于，所述第一主天线金属线和第二主天线金属线均为弯折金属线，所述第一主天线金属线与第二主天线金属线向相反侧弯折。

6.如权利要求5所述的支持LTE MIMO技术的手机天线结构，其特征在于，所述第一主天线金属线的长度为最低工作频率波长的四分之一。

7.如权利要求4所述的支持LTE MIMO技术的手机天线结构，其特征在于，所述主天线为以下其中一种：单极子天线、环天线、IFA天线、PIFA天线、槽天线。