CN106450752A - 一种用于智能手机实现高隔离度的mimo天线技术 - Google Patents

一种用于智能手机实现高隔离度的mimo天线技术 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于智能手机实现高隔离度的MIMO天线技术，主要解决在空间狭小的智能手机中，天线之间相互耦合严重的技术难题，尤其是工作于低频段的天线，天线之间的耦合会使天线性能变差，辐射效率变低。本发明利用电路可调技术与极化正交原理，实现具有高隔离度MIMO天线。其包括印刷电路板，附着在印刷电路板一侧的金属地，在金属地板上侧通过开缝，形成一个环形天线单元一，在介质板侧边，设置倒“F”天线单元二，通过调节可调芯片电容值与电感值大小，实现低频段的全覆盖，同时利用两天线单元的极化方向正交，实现天线之间高隔离度的要求，最终提出解决在狭小空间多副天线之间隔离度差的技术难题，具有很高的实用和推广价值。

Description

一种用于智能手机实现高隔离度的MIMO天线技术
技术领域
本发明涉及终端天线技术领域，具体涉及一种用于智能手机实现高隔离度的MIMO天线技术。
背景技术
天线是智能终端收发无线信号最前端部件，作发射时，天线将电路中的高频电流或馈电传输线上的导行波有效地转换成某种极化的空间电磁波，向规定的方向发射出去，作接收时，进行相反的变换。天线性能的好坏，直接影响到智能终端的通话质量和数据下载速度。随着无线通信技术的迅猛发展，消费者对无线通信质量要求越来越高，传统的单天线收发技术，不仅容易受到多径传播等不利因素的影响，使链路性能不稳定，而且数据传输速率比较低。针对移动通信中的多径衰落与提高链路稳定性，MIMO(Mitiple-Imput Mitiple-Output,多输入多输出)技术被广泛使用，该技术利用有限的频谱资源，通过提高空间复用增益与分集增益，有效提高信道容量，降低信道误码率。
对于移动终端，外围器件越来越多，如摄像头、麦克风、LED闪光灯等，留给天线设计空间越来越小，受限于整机尺寸，安装两个工作在GSM850\GSM900频段的天线是很困难的，因为在狭小的终端机尺寸下，天线单元之间的间距小，导致天线之间的耦合较强，MIMO天线单元之间的强耦合将会使的天线之间的辐射效率降低，从而无法发挥MIMO天线技术的优势。因此降低近距离放置的天线之间的耦合成为小型终端MIMO方案设计时亟待解决的技术难题。
除此之外，天线的小型化、宽带/多频一直是终端天线设计者所最求的指标，然而想要利用天线单元极化正交提高天线之间的隔离度，必须保证各天线单元的极化纯度高，所以利用简单的天线结构结合电路可调技术，实现宽带/多频段覆盖。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于智能手机，利用天线单元极化正交，实现高隔离度的MIMO天线技术。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该高隔离度MIMO天线，包括金属地板，介质基板，环天线单元与倒“F”天线单元。所述金属地板位于介质基板的下方。
进一步的是，所述环天线单元位于介质基板短边一侧，由金属地板上开槽与馈电端口、可调电容构成，馈电端口位于环天线一端，可调电容位于环天线另一端。
进一步的是，所述倒“F”天线单元位于介质基板长边一侧，并且垂直于金属地板平面，由短路微带线、馈电支节、辐射支节构成、馈电端口、芯片电容、可调电感构成。
进一步的是，所述倒“F”天线上的芯片电容位于馈电支节上与馈电端口串联，可调电感位于辐射支节开口段，馈电支节旁边。
进一步的是，所述环天线与倒“F”天线的馈电端口接50Ω的射频电线或者接头。
进一步的是，所述双天线组成的天线模块，属于终端电子设备无线射频部分，终端设备一般包括存储、处理电路，输入输出电路，输入输出电路的射频部分，包括蓝牙、WIFI模块，GPS模块，移动通信模块，天线模块。
进一步的是，所述天线模块由天线单元1与天线单元2构成，并且分别通过匹配和调谐电路、馈电端口连接到系统地板。
进一步的是，天线单元1与天线单元2的极化方式正交。
进一步的是，所述两个天线单元的可以相邻同时位于短边一侧，可以相对位于短边两侧，可以一个天线单元位于短边，一个天线单元位于长边，也可以相对位于长边两侧，或者同时相邻位于长边一侧。
进一步的是，所述天线单元极化纯度好，但是覆盖的带宽窄，需要结合匹配调谐电路实现频率可重构，多状态切换覆盖宽频带。
附图说明
以下结合附图，对本发明所述的实施例进行详细的描述。
图1为本发明的所述高隔离度MIMO天线的结构示意图。
图2为本发明的所述倒“F”天线的侧视细节图。
图3为典型无线终端电子设备系统框图。
图4为双天线放置位置情况一。
图5为双天线放置位置情况二。
图6为双天线放置位置情况三。
图7为双天线放置位置情况四。
图8为天线单元为环天线形式的示意图。
图9为天线单元为频率可调环天线形式的示意图。
图10为天线单元为倒“F”天线形式的示意图。
图11为天线单元为频率可调倒“F”天线形式的示意图。
图12为天线单元1、2分别为环天线和倒“F”天线在低频段的仿真S参数。
图13为天线单元1、2分别为频率可调环天线和频率可调倒“F”天线在低频段的仿真S参数。
图14为天线单元1为环天线工作时，2维远场电场值示意图。
图15为天线单元2为倒“F”天线工作时，2维远场电场值示意图。
符号说明
1-截止基板
2-系统地板
3-环天线第一段
4-环天线第二段
5-环天线第三段
6-环天线馈电端口
7-环天线可调集总电容
8-倒“F”天线短路支节
9-倒“F”天线辐射支节
10-倒“F”天线馈电支节
11-倒“F”天线馈电端口
12-倒“F”天线芯片电容
13-倒“F”天线可调电感
14-终端电子设备
15-存储、处理电路
16-输入输出电路
17-无线射频电路
18-蓝牙、WIFI模块
19-GPS模块
20-移动通信模块
21-天线模块
22-天线单元1
23-天线单元1的匹配、调谐电路
24-天线单元1的馈电端口
25-天线单元2
26-天线单元2的匹配、调谐电路
27-天线单元2的馈电端口
具体实施方案
以下结合附图对本发明的具体实施方式来进一步的说明。
在附图1中，展示了本发明提出的高隔离度MIMO天线结构，环天线位于短边一侧，倒“F”天线位于长边一侧。
为了更加直观的描述本发明，附图2截取附图1的一部分，清晰展示了倒“F”天线的细节。
如附图1所示，作为一个实施例，该用于智能手机的高隔离度的MIMO天线，包括介质基板1，所述介质基板1背面设置有金属地板2，在所述金属地板短边一次开有缝隙，形成环天线第一段3、第二段4、第三段5，环天线的第一段3和第三段5平行于介质板1长边，所述环天线的馈电端口6位于环天线第一段3，所述环天线的可调集总电容7位于环天线的第三段5，在所述介质板1长边一侧且垂直于介质板1平面设置有倒“F”天线8、9、10，所述微带线8为短路支节，所述微带线9为辐射支节，所述微带线10为馈电支节，位于馈电支节10与金属地板2之间为倒“F”天线的馈电端口11，所述馈电支节10上设置集总电容12，用于匹配端口11与倒“F”天线阻抗，所述辐射支节9设置有可调电感13。环天线的极化方式与倒“F”天线的极化方式正交，保证了两天线之间的隔离度比较高。通过调节可调集总电容7与可调电感13的大小，相当于改变天线的辐射长度，从而相应的谐振频率改变，实现环天线和倒“F”天线完全覆盖GSM850/GSM900频段，由于天线单元形式不变，只是辐射电流路径长度改变，对天线的极化方式影响不大，从而保证天线之间的极化依旧保持正交，天线与天线之间的隔离度保持很高的水平。
在附图3中，展示了典型无线终端电子设备的系统框图，天线模块为无线射频的前端，是电路中的高频电流与空间中的电磁波转换的媒介。
在附图4、5、6、7中，展示了两天线单元组成的MIMO天线系统，每个天线单元通过匹配、调谐电路与系统地板连接，而且天线单元1与天线单元2的相对位置灵活，两个天线单元可以相邻同时位于短边一侧，可以相对位于短边两侧，可以一个天线单元位于短边，一个天线单元位于长边，也可以相对位于长边两侧，或者同时相邻位于长边一侧。
在附图8展示了一个典型环天线的示意图，改环天线为折叠偶极子天线，其辐射2维电场方向图如附图14所示，极化方式为X方向的线极化，极化纯度高达20dB，在环天线中间加载可调电容，如附图9所示，当调节电容值大小，环天线的长度改变，对应得谐振频率发生变化，当取一系列的电容值时，通过仿真得到环天线的S参数结果如附图13所示，环天线可以覆盖GSM850/GSM900两个频段。
在附图10中展示了一个典型倒“F”天线的示意图，其辐射2维电场方向图如附图15所示，极化方式为Y方向的线极化，极化纯度高达18dB，如附图11所示，在辐射支节加载可调电感，当调节电感值大小，辐射支节等效电流路径长度改变，对应得谐振频率发生变化，当取一系列的电感值时，通过仿真得到倒“F”天线的S参数结果如附图13所示，可以覆盖GSM850/GSM900两个频段。
以上所述，只是本发明的其中一个实施例而已，本发明并不仅仅只限于上面所说明的实施例子，只要是使用天线极化方式正交实现天线之间高隔离的方案，达到本发明的技术成果，都应该是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于智能手机实现高隔离度的MIMO天线技术，其特征在于：包括包括介质基板(1)，所述介质基板(1)背面设置有金属地板(2)，在所述金属地板顶侧开有缝隙(3)(4)(5)，缝隙(3)(5)平行于介质板(1)长轴，并且分别位于介质板(1)的顶侧的左右两边，缝隙(4)平行于介质板(1)短轴，位于介质板(1)顶侧，所述辐射缝隙(3)设置有馈电端口(6)，所述辐射缝隙(5)设置有可调芯片电容(7)，位于所述介质板(1)左侧且垂直于介质板(1)平面设置有倒“F”天线(8)(9)(10)，所述微带线(8)为短路支节，所述微带线(9)为辐射支节，所述微带线(10)为馈电支节，位于馈电支节(10)与金属地板(2)之间为馈电端口(11)，所述馈电支节(10)上设置集总电容(12)，所述辐射支节(9)设置有可调电感(13)，所述由环天线与倒“F”天线组成的天线系统属于终端电子设备(14)的射频部分，所述终端电子设备(14)包括存储、处理电路(15)、输入输出电路(16)，所述的输入输出电路(16)的无线射频部分(17)，包括蓝牙、WIFI模块(18)，GPS模块(19)，移动通信模块(20)，天线模块(21)，所述的天线模块(21)由天线单元1(22)与天线单元2(25)构成，天线单元1(22)通过匹配与调谐电路(23)、馈电端口(24)与系统地板(2)连接，天线单元2(25)通过匹配与调谐电路(26)、馈电端口(27)与系统地板(2)连接，两个天线单元的可以相邻同时位于短边一侧，可以相对位于短边两侧，可以一个天线单元位于短边，一个天线单元位于长边，也可以相对位于长边两侧，或者同时相邻位于长边一侧。
2.根据权利要求1所述，用于智能手机实现高隔离度的MIMO天线技术，其特征在于，天线单元1(22)与天线单元2(25)可以采用任何的天线形式，只要两天线极化正交，就会实现高的隔离度，如要求1所述缝隙天线(3)(4)(5)(6)(7)的极化方式与倒“F”天线(8)(9)(10)(11)(12)(13)的极化方式正交。
3.根据权利要求2所述，用于智能手机实现高隔离度的MIMO天线技术，其特征在于，位于辐射缝隙(5)之间的电容(7)与位于辐射支节(9)上的电感(13)，均为可调的集总元件。
4.根据权利要求3所述，用于智能手机实现高隔离度的MIMO天线技术，其特征在于，所述集总电容(12)位于馈电支节(10)上。
5.根据权利要求4所述，用于智能手机实现高隔离度的MIMO天线技术，其特征在于，所述馈电端口(6)(11)接50Ω馈线。
6.根据权利要求5所述，用于智能手机实现高隔离度的MIMO天线技术，其特征在于，所述介质基板(1)为0.8mm的FR4介质板。
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