CN106169653B - 手持终端8天线mimo系统 - Google Patents

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

手持终端8天线MIMO系统

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 MIMOantenna with decoupling element for mobile phone application,” 2014International Symposium 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 (5)

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；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；

所述FR4基板(1)长宽高尺寸为：100mm*70mm*1mm。

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方块(3)长宽高尺寸为：6mm*5mm*3mm。

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：所述枝条g(5)长度为13.5mm、枝条h(6)长度为11.5mm。

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：所述高频谐振环abc(9)和低频谐振环def(10)的宽度范围为0.5mm-1mm。

5.根据权利要求4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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