CN103401061B - 六频段智能手机mimo天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六频段智能手机MIMO天线，主要解决了现有技术中存在的不适于将多个天线安装在手机中，且多天线之间耦合过多会使得多天线无法满足给定的性能指标，不能满足人们需求的问题。其包括印制板，设置于印制板一表面的印制板金属地，以及设置于印制板另一表面的空白无金属覆铜基板，所述空白无金属覆铜基板上设置有两个以上由耦合馈电单元和与耦合馈电单元间存在缝隙、且连接有微带馈线的直接馈电单元构成的天线走线，所述两两天线走线之间设置有“倒L形”金属片，且两两天线走线关于该“倒L形”金属片轴对称。通过上述方案，本发明达到了符合实际需求的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

六频段智能手机MIMO天线

技术领域

本发明涉及一种终端天线，具体地说，是涉及一种六频段智能手机MIMO天线。

背景技术

天线是无线电系统中用来有效发射或接收电磁波的部件，其主要功能是在接收系统中完成电磁波与导行波之间的转换或在发射系统中进行相反的变换。近年来，随着移动通信业务的飞速发展和集成电路的高度集成化，特别是通信专用芯片的出现，使得通信系统正逐渐向小型化发展。相比之下，作为无线通信必不可少的部件之一的天线却难以做得更小，另外，传统无线通信系统采用一副发射天线和一副接收天线，称作单入单出（SISO）系统，SISO系统在信道容量上具有一个不可突破的瓶颈——Shannon容量限制。针对移动通信中的多径衰落与提高链路的稳定性，人们提出了天线分集技术，将天线分集与时间分集联合应用能获得空间维与时间维的分集效益，因此，从传统单天线系统向多天线系统演进是无线通信发展的必然趋势。

在MIMO 的系统设计中，天线的数目和间距是很重要的系统参数，对于终端而言，二分之一波长间距足够保证非相关衰落，最大可能是使用两根天线，然而，对手机这种小型移动终端而言，受限于接收机或发射机的尺寸、整机的尺寸，安装两根间距为二分之一波长的天线是有困难的，因为在窄小的尺寸下，天线单元间距过小，使天线单元间具有较强的耦合，从而会影响天线阵的整体性能。因而降低近距离放置的天线间的耦合成为小型终端MIMO 方案设计时必须考虑和解决的问题。考虑到与2G、3G系统的兼容性，LTE的手机天线不仅要覆盖LTE的工作频段（包括LTE700/2100/2300），通常还要兼顾GSMH和UMTS（还有CDMA）的频段（包括低频的GSM800/900、高频的DCS1800/PCS1900、UMTS2100等），所以针对LTE系统的MIMO手机天线在保持高隔离度的情况下既要小型化又需要覆盖多个频段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种六频段智能手机MIMO天线，主要解决现有技术中存在的由于天线覆盖的频段太少、尺寸过大，使得不适于将多个天线安装在手机中，且多天线之间耦合过多会使得多天线无法满足给定的性能指标，不能满足人们需求的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

六频段智能手机MIMO天线，包括印制板，设置于印制板一表面的印制板金属地，以及设置于印制板另一表面的空白无金属覆铜基板，所述空白无金属覆铜基板上设置有两个以上由耦合馈电单元和与耦合馈电单元间存在缝隙、且连接有微带馈线的直接馈电单元构成的天线走线，所述天线走线两两之间设置有“倒L形”金属片，且两两天线走线关于该“倒L形”金属片轴对称。

具体地说，所述直接馈电单元包括下端与微带馈线相连、上端垂直连接有第二金属条的第一金属条，位于第二金属条下方并平行于第二金属条、且一端通过第一集总电感与第一金属条相连、另一端垂直连接有第四金属条的第三金属条，位于第三金属条下方、与第四金属条连接第三金属条一端相对的另一端垂直连接的第五金属条，上端与第五金属条连接第四金属条一端相对的另一端垂直相连、下端垂直连接有位于第五金属条下方的第七金属条的第六金属条，所述第七金属条垂直连接有垂直于空白无金属覆铜基板的第八金属条。

进一步地，所述耦合馈电单元包括位于相对于直接馈电单元的第一金属条另一侧并与第一金属条平行、且位于第二金属条下方的第九金属条，一端通过第二集总电感与第九金属条上端垂直相连、另一端垂直连接有第十一金属条的第十金属条，所述第十一金属条的上端与第十金属条相连、下端垂直连接有第十二金属条，所述第十二金属条的右端与第十一金属条相连、左端垂直连接有第十三金属条，所述第十三金属条的下端与第十二金属条相连、上端垂直连接有位于第二金属条上方的第十四金属条，所述第十四金属条垂直连接有垂直于空白无金属覆铜基板的第十六金属条。

更进一步地，所述第九金属条上与连接第二集总电感一端相对的另一端连接有接地线，所述接地线上与连接第九金属条一端相对的另一端连接有接地片。

作为优选，所述微带馈线为50欧姆微带馈线；所述第一集总电感和第二集总电感均为可调集总电感。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明中，通过在天线走线内巧妙地设置集总电感达到了有效降低天线谐振长度的效果，进而实现了在很小的尺寸上覆盖LTE700这样的低频段的效果，构思独特，符合技术需求。

（2）本发明通过对直接馈电单元、耦合馈电单元、微带馈线、接电线等的巧妙设置，使得本发明整体尺寸较小，能够覆盖LTE700这样的低频段，以及1710—2690MHZ共六个常用频段，具有很高的实用价值。

（3）本发明中，在空白无金属覆铜基板上设置了一“倒L形”金属片，该金属片的设置使得各天线之间可以保持高的隔离度和低的相关性系数，设计十分巧妙。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中天线走线的结构示意图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

001-第一天线，002-第二天线，003-“倒L形”金属片；

10-第一金属条，11-第二金属条；

20-第三金属条，21-第四金属条，22-第五金属条，23-第六金属条，24-第七金属条，25-第八金属条，40-第一集总电感；

30-第九金属条，31-第十金属条，32-第十一金属条，33-第十二金属条，34-第十三金属条，35-第十四金属条，36-第十五金属条，50-第二集总电感；

60-接地片；

70-接地线；

80-微带馈线；

90-印制板金属地；

100印制板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

为了解决现有技术中存在的由于天线覆盖的频段太少、尺寸过大，使得不适于将多个天线安装在手机中，且多天线之间耦合过多会使得多天线无法满足给定的性能指标，不能满足人们需求的问题，如图1所示，本发明公开了一种六频段智能手机MIMO天线，主要包括：印制板100、第一天线001、第二天线002（根据覆盖需求，天线可为多个）和“倒L形”金属片003，其中，印制板100一表面印刷有印制板金属地90 ，作为优选，该印制板金属地90包括主金属地和扩展金属地，印制板100另一表面为空白无金属覆铜基板，第一天线001和第二天线002均设置于该空白无金属覆铜基板上。

本发明中，每一天线（即天线走线）均包括微带馈线80、接地线70、直接馈电单元、耦合馈电单元、微带馈线80和接地片60，它们均设置于空白无金属覆铜基板上，且直接馈电单元和耦合馈电单元之间存在耦合缝隙；扩展金属地位于天线主金属地的向下延拓方向，其和主金属地连接。

天线走线的结构如图2所示，直接馈电单元包括第一金属条10、第二金属条11、第三金属条20、第四金属条21、第五金属条22、第六金属条23、第七金属条24、第八金属条25、微带馈线80和第一集总电感40；耦合馈电单元包括第九金属条30、第十金属条31、第十一金属条32、第十二金属条33、第十三金属条34、第十四金属条35、第十五金属条36、接地线70和接地片60。

直接馈电单元中，第一金属条10下端与微带馈线80相连，第二金属条11连接于第一金属条10的上端，第三金属条20位于第二金属条11下方、右端与第一集总电感40相连，第四金属条21平行于第一金属条10、与第三金属条20左端垂直相连，第五金属条22位于第二金属条11下方、左端与第四金属条21下端垂直相连，第六金属条23平行于第一金属条10、上端与第五金属条22的右端垂直相连，第七金属条24平行于第二金属条11、右端与第六金属条23下端垂直相连，第八金属条25垂直连接于第七金属条24左端且垂直于空白无金属覆铜基板。

耦合馈电单元中，第九金属条30与第一金属条10平行，第二集总电感50左端与第九金属条30垂直相连，第十金属条31平行于第二金属条11、左端与第二集总电感50的右端相连、右端与第十一金属条32的上端垂直连接，第十二金属条33平行于第二金属条11、左端与第十一金属条32的下端垂直相连，第十三金属条34平行于第一金属条10、下端与第十二金属条33的右端垂直相连，第十四金属条35位于第二金属条11的上端且平行于第二金属条11、并与第十三金属条34的上端垂直相连，第十六金属条36与第十四金属条35整体垂直相连接。

为了确保本发明的整体性能，在实际设计中，第一集总电感40和第二集总电感50的电感值可调，根据图2可以看出，本发明中的直接馈电单元和耦合馈电单元以及“倒L形”金属片均为非封闭型结构，它们的形状可以根据实际需要作相应调整，其中直接馈电单元和耦合馈电单元之间的缝隙存在于第一金属条10和第九金属条30之间、第二金属条11和第十金属条组31之间。

经验证得出，通过以上设置，本发明中的每一天线尺寸仅为15×25 mm2，能够覆盖LTE700以及1710-2690MHz共六个常用频段，且适合与电路进行一体化设计。

本发明的工作原理如下：

通过微带馈线直接给直接馈电单元馈电，直接馈电单元的第一金属条和第二金属条的总长度约等于1800MHz波长的八分之一，因而通过调节由第一金属条和第二金属条构成的T型结构短金属条组的长度可以使得T型结构短金属条组有效工作在GSM1800/1900/UMTS2100频段上。直接馈电单元的第一金属条、第三金属条、第四金属、第五金属条、第六金属条、第七金属条和第八金属条整体在710MHz附近产生一个八分之一谐振，在2500MHz附近产生一个二分之一谐振，通过直接馈电单元与耦合馈电单元之间的缝隙给耦合单元馈电，使耦合馈电单元在824MHz附近产生一个八分之一谐振，在2500MHz附近产生一个二分之一谐振，两个710MHz附近的谐振一起覆盖了低频LTE700（698-787MHz），两个2500MHz附近的谐振覆盖了高频LTE2300/2500。整体来说，本发明中，该平面天线是一个整体结构，天线的各部分一起作用产生一个有效的辐射系统来覆盖终端天线所需要的两个宽频段（698-787MHz和1710-2690MHz）。

本发明主要采用地支结构解耦，所谓地支结构解耦指通过引入附加的耦合路径对原本的耦合场进行相消，从而达到提高隔离度的目的（此方法需要考虑地支结构的位置和形状）。在本发明中，为了减小天线之间的互耦，在第一天线和第二天线之间加入一个“倒L形”金属片，使得在整个工作频段内天线单元之间的互耦小于-10dB。

考虑到在具体实施时USB连接器设置的便利性，可在天线金属地上设置突出部分，该突出部分能够和“倒L形”金属片一起减少天线之间的互耦。

在应用时，可以适当地调节第一集总电感和第二集总电感的感性值大小；合理设计直接馈电单元和耦合馈电单元的尺寸；直接馈电单元和耦合馈电单元之间的缝隙宽度；金属地的突出部分的长度；“倒L形”金属片的长度和高度等，使天线能够覆盖无线移动通信的常用工作带宽，即覆盖LTE700/GSM1800/1900/ UMTS2100/LTE2300/2500等通信频段，同时可以获得较高的天线效率和高的隔离度并且具有容易加工和易于实现等特点，更加适合批量生产。

本发明中，微带馈线的长度和宽度可以依据实际的调试结果进行合理设计；印制板金属地的形状和大小可以根据印制板的实际形状来确定；第一金属条10和第二金属条11的具体形状可根据实际调试结果进行灵活变换，以能够完全覆盖高频的GSM1800/1900/UMTS2100为准；第三金属条20、第四金属条21、第五金属条22、第六金属条23、第七金属条24、第八金属条25、第九金属条30、第十金属条31、第十一金属条32、第十二金属条33、第十三金属条34、第十四金属条35和第十五金属条36的具体形状以及第一集总电感和第二集总电感的电感值可根据实际调试结果进行灵活变换，以能够完全覆盖低频LTE700/2300/2500频段为准。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (5)

1.六频段智能手机MIMO天线，包括印制板（100），设置于印制板（100）一表面的印制板金属地（90），以及设置于印制板（100）另一表面的空白无金属覆铜基板，其特征在于，所述空白无金属覆铜基板上设置有两个以上由耦合馈电单元和与耦合馈电单元间存在缝隙、且连接有微带馈线（80）的直接馈电单元构成的天线走线，所述天线走线两两之间设置有“倒L形”金属片（003），且两两天线走线关于该“倒L形”金属片（003）轴对称；所述直接馈电单元包括下端与微带馈线（80）相连、上端垂直连接有第二金属条（11）的第一金属条（10），位于第二金属条（11）下方并平行于第二金属条（11）、且一端通过第一集总电感（40）与第一金属条（10）相连、另一端垂直连接有第四金属条（21）的第三金属条（20），位于第三金属条（20）下方、与第四金属条（21）连接第三金属条（20）一端相对的另一端垂直连接的第五金属条（22），上端与第五金属条（22）连接第四金属条（21）一端相对的另一端垂直相连、下端垂直连接有位于第五金属条（22）下方的第七金属条（24）的第六金属条（23），所述第七金属条（24）垂直连接有垂直于空白无金属覆铜基板的第八金属条（25）。

2.根据权利要求1所述的六频段智能手机MIMO天线，其特征在于，所述耦合馈电单元包括位于相对于直接馈电单元的第一金属条（10）另一侧并与第一金属条（10）平行、且位于第二金属条（11）下方的第九金属条（30），一端通过第二集总电感（50）与第九金属条（30）上端垂直相连、另一端垂直连接有第十一金属条（32）的第十金属条（31），所述第十一金属条（32）的上端与第十金属条（31）相连、下端垂直连接有第十二金属条（33）；所述第十二金属条（33）的右端与第十一金属条（32）相连、左端垂直连接有第十三金属条（34），或者，所述第十二金属条（33）的左端与第十一金属条（32）相连、右端垂直连接有第十三金属条（34）；所述第十三金属条（34）的下端与第十二金属条（33）相连、上端垂直连接有位于第二金属条（11）上方的第十四金属条（35），所述第十四金属条（35）垂直连接有垂直于空白无金属覆铜基板的第十六金属条（36）。

3.根据权利要求2所述的六频段智能手机MIMO天线，其特征在于，所述第九金属条（30）上与连接第二集总电感（50）一端相对的另一端连接有接地线（70），所述接地线（70）上与连接第九金属条（30）一端相对的另一端连接有接地片（60）。

4.根据权利要求3所述的六频段智能手机MIMO天线，其特征在于，所述微带馈线（80）为50欧姆微带馈线。

5.根据权利要求4所述的六频段智能手机MIMO天线，其特征在于，所述第一集总电感（40）和第二集总电感（50）均为可调集总电感。