CN106169653A - 手持终端8天线mimo系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手持终端8天线MIMO系统,包括FR4基板、天线、FR4方块、去耦结构和镂空槽,其中,天线至少有8个,去耦结构至少有6个,天线展开原型为倒F天线,包括:枝条g、枝条h、馈电点和短路点,其弯折方式为:枝条g第一弯折部向内弯折90°,枝条g第二弯折部向内弯折90°,枝条g第三弯折部向内弯折90°,枝条g第四弯折部向外弯折90°;枝条h第一弯折部和枝条h第二弯折部同时向内弯折90°;弯折后的天线包裹在FR4方块外部;馈电点和短路点竖直焊接在FR4基板上。本发明解决现有技术中天线系统数量限制,以及原有的去耦结构尺寸大、带宽窄、用于去耦效果不理想的问题。
Description
技术领域
本发明属于手持终端天线技术领域,特别涉及一种手持终端8天线MIMO系统。
背景技术
天线作为一种换能器件,能将波导中的导行波辐射到空间中,也能将空间中的电磁波转换为波导中的导行波。天线性能的好坏,直接影响着通信的质量。众所周知,MIMO系统能在不增加频带宽度的情况下,增加频谱利用率。在理想的多径环境中,系统容量与最小发射、接收天线的数量成正比。然而目前手持终端朝着小型化,可穿戴的方向发展,势必造成留给天线的本来就不宽裕的空间更加紧张。此外,天线单元的增加和尺寸的缩小带来天线间距的减小,进而造成了天线之间耦合的增强。
文献[1]采用了“L”枝节加开槽的结构来提高隔离度,然而槽的长度达到了40mm,却没有做任何的弯折处理,几乎达到了基板的二分之一长度,不利于基板电子器件的集成。文献[2]采用了一种蘑菇型的突出地结构,取得了不错的去耦效果,但是这种去耦结构的缺点是,需要去耦结构两边是净空区域,也就是没有地,所以适用性不强。因此,本设计的难点在于天线本身参数以及天线间间距给定的情况下,如何提高天线隔离度,并且降低天线之间距离缩短后产生的耦合干扰。
[1] Shoaib, Sultan, et al, “Design and performance study of a dual-element multiband printed monopole antenna array for MIMO terminals,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, pp.329-332, 2014.
[2] J.H. Chou, H. J. Li, D.B. Lin, and C.Y. Wu, “A novel LTE MIMO antennawith decoupling element for mobile phone application,” 2014 InternationalSymposium on Electromagnetic Compatibility, Tokyo (EMC'14/Tokyo), pp. 697-700, 2014.
发明内容
针对上述所提出的问题,本发明为了解决线系统天线数量限制,以及多天线系统隔离度差、原有的去耦结构尺寸大、带宽窄、用于去耦效果不理想的问题,提出了一种手持终端8天线MIMO系统。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:手持终端8天线MIMO系统,其特征在于:包括FR4基板、天线、 FR4方块和去耦结构;
其中,所述天线折叠在FR4方块上,FR4方块为FR4基板边缘镂空槽上的凸起方块,去耦结构为蚀刻在FR4基板上在相邻两个FR4方块之间的谐振环;
其中,所述天线至少有8个,所述去耦结构至少有6个;
其中,所述天线展开原型为倒F天线,包括:枝条g、枝条h、馈电点和短路点;枝条g上包括:枝条g第一弯折部、枝条g第二弯折部、枝条g第三弯折部和枝条g第四弯折部;枝条h包括:枝条h第一弯折部和枝条h第二弯折部;枝条g和枝条h在枝条h第二弯折部处相连,枝条g第四弯折部向下延伸为馈电点,枝条h第一弯折部向下延伸为短路点;其弯折方式为:枝条g第一弯折部向内弯折,枝条g第二弯折部向内弯折,枝条g第三弯折部向内弯折,枝条g第四弯折部向外弯折;枝条h第一弯折部和枝条h第二弯折部同时向内弯折;弯折后的天线包裹在FR4方块外部;馈电点和短路点焊接在FR4基板上。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1、该天线单元的尺寸很小,折叠镶嵌在6mm*5mm*3mm的FR4小方块上,结构立体,使得天线数量增加的情况下排列更加紧凑;
2、该去耦结构采用弯折型去耦结构,有效节省金属基板空间,提高天线隔离度;
3、去耦结构经过适当的放置和调整,可以应用在其他类似立体型基板开缝多天线系统中来提高隔离度,可移植性强。
附图说明
图1是本发明的天线透视图;
图2是本发明的天线单元尺寸结构展开图;
图3是本发明的天线单元立体图;
图4是本发明的去耦部分结构图;
图5是本发明的第一实施例的天线透视图;
图6是本发明的第一实施例的天线单元尺寸结构展开图;
图7是本发明的第一实施例的天线单元立体图;
图8是本发明的第一实施例的天线去耦结构图;
图9是本发明的第一实施例的实测天线隔离度曲线图;
图10是本发明的第一实施例的天线实测反射系数;
图11是本发明的第一实施例的天线实测加去耦结构与不加去耦结构对比;
图12是是本发明的第一实施例的天线单元间传输系数曲线随bc长度改变的效果波形;
图13是是本发明的第一实施例的天线单元间传输系数曲线随ef长度改变的效果波形。
其中:1- FR4基板,2-天线,3- FR4方块,4-去耦结构,5-枝条g,6-枝条h,7-馈电点,8-短路点,9-高频谐振环abc,10-低频谐振环def,11-镂空槽,51-枝条g第一弯折部,52-枝条g第二弯折部,53-枝条g第三弯折部,54-枝条g第四弯折部,61-枝条h第一弯折部,62-枝条h第二弯折部,91-高频谐振环第一L型弯折部,92-高频谐振环第二L型弯折部,93-高频谐振环第三L型弯折部,94-高频谐振环第四L型弯折部,101-低频谐振环第一L型弯折部,102-低频谐振环第二L型弯折部,103-低频谐振环第三L型弯折部,104-低频谐振环第四L型弯折部。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-4所示,本发明所提手持终端8天线MIMO系统,包括FR4基板1、天线2、 FR4方块3和去耦结构4;
其中,所述天线2折叠在FR4方块3上,FR4方块3为FR4基板1边缘镂空槽11上的凸起方块,去耦结构4为蚀刻在FR4基板1上在相邻两个FR4方块3之间的谐振环;
其中,所述天线2至少有8个,所述去耦结构4至少有6个;
其中,所述天线2展开原型为倒F天线,包括:枝条g5、枝条h6、馈电点7和短路点8,其弯折方式为:枝条g第一弯折部51向内弯折90°,枝条g第二弯折部52向内弯折90°,枝条g第三弯折部53向内弯折90°,枝条g第四弯折部54向外弯折90°;枝条h第一弯折部61和枝条h第二弯折部62同时向内弯折90°;弯折后的天线2包裹在FR4方块3外部;馈电点7和短路点8竖直焊接在FR4基板1上。所述天线2展开原型为倒F天线,包括:枝条g5、枝条h6、馈电点7和短路点8;枝条g5上包括:枝条g第一弯折部51、枝条g第二弯折部52、枝条g第三弯折部53和枝条g第四弯折部54;枝条h6包括:枝条h第一弯折部61和枝条h第二弯折部62;枝条g5和枝条h6在枝条h第二弯折部62处相连,枝条g第四弯折部54向下延伸为馈电点7,枝条h第一弯折部61向下延伸为短路点8;其弯折方式为:枝条g第一弯折部51向内弯折,枝条g第二弯折部52向内弯折,枝条g第三弯折部53向内弯折,枝条g第四弯折部54向外弯折;枝条h第一弯折部61和枝条h第二弯折部62同时向内弯折;弯折后的天线2包裹在FR4方块3外部;馈电点7和短路点8焊接在FR4基板1上。
前述去耦结构4包括:高频谐振环abc9和低频谐振环def10,其宽度在0.5-1mm;
其中,高频谐振环abc9由高频谐振环第一L型弯折部91,高频谐振环第二L型弯折部92,高频谐振环第三L型弯折部93和高频谐振环第四L型弯折部94串联而成;低频谐振环def10由低频谐振环第一L型弯折部101,低频谐振环第二L型弯折部102,低频谐振环第三L型弯折部103和低频谐振环第四L型弯折部104串联而成;
其中,高频谐振环第一L型弯折部91的竖直部分和低频谐振环第一L型弯折部101的竖直部分重合;高频谐振环第四L型弯折部94的竖直部分比低频谐振环第四L型弯折部104竖直部分短,长度对应各自频率的四分之一波长;其余L型弯折部尺寸相同,沿重合竖直部分对称分布。
前述FR4基板1长宽高尺寸为:100mm*70mm*1mm。
前述FR4方块3长宽高尺寸为:6mm*5mm*3mm。
前述高频谐振环第一L型弯折部91和低频谐振环第一L型弯折部101的重合竖直部分的宽度为1mm。
前述与重合竖直部相连的高频谐振环第二L型弯折部92和低频谐振环第二L型弯折部102的水平段的宽度为1mm。
前述去耦结构4其余弯折部的宽度为0.5mm。
如图5-8所示,为本发明一个具体实施例的尺寸标识;如图9-13所示,为上述实施例的实验结果图。
本实施例的天线以倒F天线为原型,通过将倒F天线折叠在6mm*5mm*3mm的FR4小方块上实现天线设计的小型化,通过在小方块下方基板开槽使天线获得更好的匹配,倒F天线从馈电端开始,枝条g=13.5mm和枝条h=11.5mm分别控制着3.5GHz和3.7GHz左右的谐振点,两个谐振点共同组成了覆盖3.4GHz-3.8GHz的工作带宽。短路点与FR4基板相连。为了进一步提高天线的隔离度,设计了去耦结构。具体尺寸见附图。
该去耦结构分为高频谐振环abc和低频谐振环def段,如图8所示,abc段较短,控制高频,def段较长,控制低频,长度对应各自频率的四分之一波长。通过改变bc段和ef段的长度并观察传输系数(隔离度)曲线图12、13,可以发现bc的长度主要影响着高频部分3.6-3.8Hz,ef的长度主要影响着低频部分3.4-3.6Hz。去耦结构两端各产生一个谐振点,以提高整个频带的隔离度。为了充分压缩去耦结构的尺寸,去耦结构尽可能的做了弯折处理,以便流出足够的空间给SMA接头的焊接。如图9-13所示,通过增加去耦结构,在全频段内,实现了天线2和天线3的隔离度大于18.1dB,比原来不加去耦结构至少提高3.8dB,在3.45GHz谐振点处隔离度提高了超过20dB;在3.56GHz-3.8GHz频段内,天线2和天线3隔离度大于20dB,至少比原来提高了2.6dB;在3.52GHz-3.8GHz频段内,天线3和天线4隔离度大于20dB,至少提高了6dB。天线5、6、7、8与1、2、3、4结构对称,效果类似。根据实际的需求,可以增加或减少天线和去耦结构的数量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.手持终端8天线MIMO系统,其特征在于:包括FR4基板(1)、天线(2)、 FR4方块(3)、去耦结构(4)和镂空槽(11);
其中,所述天线(2)折叠在FR4方块(3)上,FR4方块(3)为FR4基板(1)边缘镂空槽(11)上的凸起方块,去耦结构(4)为在FR4基板(1)上、在相邻两个FR4方块(3)之间的谐振环;
其中,所述天线(2)至少有8个,所述去耦结构(4)至少有6个;
其中,所述天线(2)展开原型为倒F天线,包括:枝条g(5)、枝条h(6)、馈电点(7)和短路点(8);枝条g(5)上包括:枝条g第一弯折部(51)、枝条g第二弯折部(52)、枝条g第三弯折部(53)和枝条g第四弯折部(54);枝条h(6)包括:枝条h第一弯折部(61)和枝条h第二弯折部(62);枝条g(5)和枝条h(6)在枝条h第二弯折部(62)处相连,枝条g第四弯折部(54)向下延伸为馈电点(7),枝条h第一弯折部(61)向下延伸为短路点(8);其弯折方式为:枝条g第一弯折部(51)向内弯折,枝条g第二弯折部(52)向内弯折,枝条g第三弯折部(53)向内弯折,枝条g第四弯折部(54)向外弯折;枝条h第一弯折部(61)和枝条h第二弯折部(62)同时向内弯折;弯折后的天线(2)包裹在FR4方块(3)外部;馈电点(7)和短路点(8)焊接在FR4基板(1)上。
2.根据权利要求1所述的手持终端8天线MIMO系统,其特征在于: 所述FR4基板(1)长宽高尺寸为:100mm*70mm*1mm。
3.根据权利要求1所述的手持终端8天线MIMO系统,其特征在于: 所述FR4方块(3)长宽高尺寸为:6mm*5mm*3mm。
4.根据权利要求1所述的手持终端8天线MIMO系统,其特征在于: 所述枝条g(5)长度为13.5mm、枝条h(6)长度为11.5mm。
5.根据权利要求1所述的手持终端8天线MIMO系统,其特征在于: 所述去耦结构(4)包括:高频谐振环abc(9),低频谐振环def(10);
其中,高频谐振环abc(9)由高频谐振环第一L型弯折部(91),高频谐振环第二L型弯折部(92),高频谐振环第三L型弯折部(93)和高频谐振环第四L型弯折部(94)串联而成;低频谐振环def(10)由低频谐振环第一L型弯折部(101),低频谐振环第二L型弯折部(102),低频谐振环第三L型弯折部(103)和低频谐振环第四L型弯折部(104)串联而成;改变bc段和ef段的长度可以分别调整传输系数曲线中对应的高频和低频的谐振点;
其中,高频谐振环第一L型弯折部(91)的竖直部分和低频谐振环第一L型弯折部(101)的竖直部分重合;高频谐振环第四L型弯折部(94)的竖直部分比低频谐振环第四L型弯折部(104)竖直部分短,长度对应各自频率的四分之一波长;高频谐振环abc(9)和低频谐振环def(10)沿着高频谐振环第一L型弯折部(91)和低频谐振环第一L型弯折部(101)的重合竖直部分对称分布。
6.根据权利要求5所述的手持终端8天线MIMO系统,其特征在于: 所述高频谐振环abc(9)和低频谐振环def(10)的宽度范围为0.5mm-1mm。
7.根据权利要求6所述的手持终端8天线MIMO系统,其特征在于: 所述高频谐振环第一L型弯折部(91)和低频谐振环第一L型弯折部(101)的重合竖直部分的宽度为1mm;与重合竖直部相连的高频谐振环第二L型弯折部(92)和低频谐振环第二L型弯折部(102)的水平段的宽度为1mm;其余弯折部的宽度为0.5mm。
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