CN106099348B - 一种带有扩展地全频带覆盖的手机终端mimo双天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种带有扩展地全频带覆盖的手机终端MIMO双天线。本发明包括介质基板、金属地、天线A、天线B；在介质基板的正面部分区域设置金属地，天线A、B分别位于介质基板正面无金属地的左右两端；其中天线A整体总长度大于天线B，负责谐振低中高频；天线B负责谐振中高频；天线A与天线B覆盖的频段相互交叉，互补，实现从GSM频段到WLAN频段的频率覆盖。该MIMO双天线各由两个谐振枝节折叠耦合构成，一方面减小占用空间，实现小型化；另一方面谐振出多频，再通过带有拓展枝节将相邻谐振频点拉近，从而拓展带宽；在拓展枝节A与金属地之间加电感，可调节地板的自谐振效应，使得低频时匹配良好。

Description

一种带有扩展地全频带覆盖的手机终端MIMO双天线
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种小型，多频，宽带宽的并且带有扩展地枝节的MIMO多天线。
背景技术
移动通信技术在过去三十年里的飞速发展为二十一世纪信息产业革命提供了强大的技术支持和服务普及。手机作为个人信息终端伴随移动通信技术的进步而迅猛发展。第一代模拟制式手机出现在上世纪八十年代，只能够提供基本的语音通话功能；第二代GSM制式手机采用数字技术，在语音通话业务的基础上实现文字与图片数据发送功能；第三代手机以数据业务为主体，提供宽带数据业务和移动互联网功能；第四代LTE网络实现了移动宽带化的技术变革，高速移动通信网络的覆盖一方面给人们的生活提供的极大的便利和高质量的信息通信服务，另一方面也极大地促进了手机的快速发展，拥有更加丰富的功能，更快上网速度的手机正成为现代人的必要装备。
然而对于任何无线设备而言，移动宽带数据的传输都依赖于天线的无线传输功能。对于集多种功能于一体的手机，天线的好坏直接影响手机的无线通信性能。第一代手机的拉杆天线体积庞大，使用不便；第二代手机的小型螺旋天线和内置PIFA，减小天线体积，实现多频带覆盖；第三代手机的贴片天线，简化天线设计流程，降低天线成本；第四代移动通信技术要求数据设备提供MIMO的功能，为进一步提升系统吞吐量提供技术支持。Mimo天线系统通过使用同一频段多天线的同步信息传输，在不增加频谱资源和能量消耗的基础上实现数据的成倍高速传输，而且多天线系统可以有效地利用不同天线之间接收信号的多样性，提升通信系统的稳定性。手机的小型化和通信的多频宽带化要求对手机天线设计提出了更大的挑战，另外正是由于MIMO技术具有强大的优势使之成为未来5G一项关键核心技术，因此也推动了MIMO终端多天线的设计与发展。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述所提到的困难，正视挑战，满足无线终端设备对天线所提出的小型化，多频带，实现高速率，高可靠性要求，提出了一种带有扩展地枝节的多频带MIMO双天线。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明包括介质基板1、金属地2、天线A、天线B；介质基板1的正面上端留有部分空白区域作为天线A和天线B铺设区域，剩余区域铺设金属层，该金属层作为接地区域，以下称为金属地2；天线A和天线B分别位于介质基板1正面无接地区域的左右两端，天线A整体总长度大于天线B，负责谐振低中高频；天线B负责谐振中高频。天线A与天线B覆盖的频段相互交叉，互补，实现从GSM频段到WLAN频段的频率覆盖。
进一步地，金属层2厚度要求一般为35μm；
所述的天线A主要由长谐振枝节A 6与短谐振枝节A 5嵌套构成，其中短谐振枝节A5呈形，长谐振枝节A 6呈旋转180°后的形，且短谐振枝节A 5的一臂与长谐振枝节A6的一臂相连接，另一臂设于长谐振枝节A6内；长谐振枝节A 6与短谐振枝节A 5的连接部分作为馈点，用于连接馈线3，信号由此馈入激励；金属地2沿着介质基板1正面左上角边缘延伸出拓展枝节A 7，该拓展枝节A 7呈顺时针旋转90°后的L形，同时在金属地2与拓展枝节A 7之间加载有电感4，用于调整低频匹配；
所述的天线B构造与天线A类似，主要由长谐振枝节B 9与短谐振枝节B 8嵌套构成，其中长谐振枝节B9呈形，短谐振枝节B 8呈旋转180°后的形，且长谐振枝节B9的一臂与短谐振枝节B 8的一臂相连接，另一臂设于短谐振枝节B 8内；长谐振枝节B 9与短谐振枝节B 8的连接部分作为馈点，用于连接馈线3，信号由此馈入激励；金属地2沿着介质基板1正面右上角边缘延伸出拓展枝节B 10，该拓展枝节B 10呈顺时针旋转180°后的L形。
进一步地，天线A和B之间保持一定距离避免耦合干扰。
拓展枝节A 7与拓展枝节B 10激发金属地的多模谐振，与相对应的天线长短谐振枝节，共同实现宽频谐振的效果。
天线采用同轴馈电形式，SMA射频连接器内导体接在馈线3，外导体接在金属地2上。
天线具有平面化、小型化，低轮廓等优势，占用空间仅为68×12mm2，可广泛应用于手机等各种无线终端设备中。
本发明具有的有益的效果是：
该MIMO双天线各由两个谐振枝节折叠耦合构成，一方面减小占用空间，实现小型化；另一方面谐振出多频，再通过带有拓展枝节将相邻谐振频点拉近，从而拓展带宽；在拓展枝节A与金属地之间加一个分立元件(电感)，可以很好地调节地板的自谐振效应，使得低频时匹配良好；故从而实现覆盖全频带效果。由于天线是平面结构，易于和PCB电路集成，而且其低剖面，结构简单，因此易加工，成本低，可批量生产，可广泛应用在移动手持终端设备中。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图
图2是本发明的详细参数标注图
图3是本发明天线的S参数示意图
图4是本发明天线的3-D辐射方向图
图中：1.介质基板；2.金属地；3.馈线；4.电感；5.短谐振枝节A；6.长谐振枝节A；7.拓展枝节A；8.短谐振枝节B；9.长谐振枝节B；10.拓展枝节B。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，介质基板1的正面指定区域铺地2，天线位于上表面无地区域，各由两个长短谐振枝节折叠耦合构成，天线A由短谐振枝节A 5、长谐振枝节A6组成，天线B由短谐振枝节B 8、长谐振枝节B 9组成；天线A和B分别从金属地2扩展出拓展枝节A 7、拓展枝节B10；天线A的拓展枝节A 7加载一个电感4；信号从馈线3馈入。
天线采用同轴馈电形式，SMA射频连接器内导体接在馈线3，外导体接在金属地2上。
本发明的天线设计在三维电磁仿真软件HFSS中进行，相关尺寸通过参数扫描优化最终确定，如图2所示，现作简单说明如下：微波介质基板1长宽高分别为Ls，Ws，h；金属地2长宽分别为Lg，Ws；天线A和天线B的详细尺寸标注如图2所示，天线A沿介质基板1左上角边缘拓展枝节A 7由两臂组成，总长度为S1+S2，臂宽分别为t1，t2，天线A其两嵌套谐振枝节均呈形，由公共端向X轴正负半轴各自延伸出来，按照一定比例折叠，然后嵌套在一起。公共端向X轴负向延伸出的谐振枝节即短谐振枝节A总长度为L4+L5+L6,宽度依次为W4，W5，W6。公共端向X轴正向延伸出的谐振枝节即长谐振枝节A总长度为L1+L2+L3,宽度依次为W1，W2，W3；天线B沿介质基板1右上角边缘拓展枝节B10也由两臂组成，总长度为m1+m2，臂宽分别为n1，n2，天线B其由公共端向X轴正负半轴以及Y轴负向各延伸出一段枝节。沿Y轴负向枝节长为Y1，宽为X1；沿X轴正向延伸出谐振枝节即短谐振枝节B总长度为X21+X3+X4,宽度依次为Y2，Y3，Y4；沿X轴负向延伸出谐振枝节即长谐振枝节B总长度为X2+X5+X6,宽度依次为Y2，Y5，Y6。
天线A谐振枝节总长度大于天线B，负责谐振低中高频；天线B负责谐振中高频。
天线A尺寸：单位mm
L1 L2 L3 L4 L5 L6 S1 S2
18 9.2 27.8 10 5.5 23.5 11 10
W1 W2 W3 W4 W5 W6 t1 t2
2.2 2.375 2.5 1.5 1.5 1.5 1.4 1.4
天线B尺寸：单位mm
X1 X2 X2<sub>1</sub> X3 X4 X5 X6 m1 m2
1.5 6.5 9.5 8 16 5.5 12.5 12 15
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 n1 n2
1.2 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1 1
天线A长谐振枝节A 6负责谐振中高频点，加了短谐振枝节A 5耦合，谐振频点增多；天线B短谐振枝节B 8负责谐振中高频点，长谐振枝节B 9谐振低频点，长短枝节通过折叠耦合减小占用空间实现小型化，多频谐振；拓展枝节A 7、拓展枝节B 10的作用是调整匹配，也使得中间两个谐振频点靠近，从而拓展带宽；电感4是为了改善低频匹配，减小反射。
本发明天线可覆盖
GSM850,DCS,PCS,UMTS,BT,WLAN802.11b/g,LTE2300/2500,WLAN802.11a等全频段。
由于该天线具有低剖面，平面印制，结构简单等特点，便于和电路集成且易于加工，成本低，再通过连接阻抗为50欧姆的SMA射频连接器就可测试，操作简单。因而可广泛推广使用。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种带有扩展地全频带覆盖的手机终端MIMO双天线，其特征在于包括介质基板(1)、金属地(2)、天线A、天线B；在介质基板(1)的正面部分区域设置金属地(2)，天线A和天线B分别位于介质基板(1)正面无金属地(2)的左右两端；其中天线A整体总长度大于天线B，负责谐振低中高频；天线B负责谐振中高频；天线A与天线B覆盖的频段相互交叉、互补，实现从GSM频段到WLAN频段的频率覆盖；
金属地(2)沿着介质基板(1)正面左右上角边缘分别延伸出拓展枝节A(7)、拓展枝节B(10)，且拓展枝节A(7)的结构呈顺时针旋转90°后的L形，拓展枝节B(10)的结构呈顺时针旋转180°后的L形；上述拓展枝节A(7)、拓展枝节B(10)用于激发金属地的多模谐振，与相对应的天线长短谐振枝节，共同实现宽频谐振的效果；
所述的天线A由均具有两臂结构的长谐振枝节A(6)与短谐振枝节A(5)嵌套构成，短谐振枝节A(5)的一臂与长谐振枝节A(6)的一臂相连接，另一臂设于长谐振枝节A(6)内；天线A长谐振枝节A(6)负责谐振中高频点，加了短谐振枝节A(5)耦合，谐振频点增多；
所述的天线B由均具有两臂结构的长谐振枝节B(9)与短谐振枝节B(8)嵌套构成，长谐振枝节B(9)的一臂与短谐振枝节B(8)的一臂相连接，另一臂设于短谐振枝节B(8)内；天线B短枝节(8)负责谐振中高频点，长枝节(9)谐振低频点，长短枝节通过折叠耦合减小占用空间实现小型化、多频谐振。
2.如权利要求1所述的一种带有扩展地全频带覆盖的手机终端MIMO双天线，其特征在于在金属地(2)与拓展枝节A(7)之间加载有电感(4)，用于调整低频匹配，减小反射。
3.如权利要求1所述的一种带有扩展地全频带覆盖的手机终端MIMO双天线，其特征在于长谐振枝节A(6)与短谐振枝节A(5)的连接部分作为馈点，用于连接馈线(3)，信号由此馈入激励。
4.如权利要求1所述的一种带有扩展地全频带覆盖的手机终端MIMO双天线，其特征在于长谐振枝节B(9)与短谐振枝节B(8)的连接部分作为馈点，用于连接馈线(3)，信号由此馈入激励。
5.如权利要求3或4所述的一种带有扩展地全频带覆盖的手机终端MIMO双天线，其特征在于天线A、B采用同轴馈电形式，SMA射频连接器内导体接在馈线(3)，外导体接在金属地(2)上。
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