CN106486765A - 一种降低多输入多输出系统天线相关性的天线装置及终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低多输入多输出系统天线相关性的天线装置及终端，其中，所述天线装置包括：终端内部的金属支撑板、由所述金属支撑板支撑的主印刷电路板PCB板和子PCB板、放置在所述子PCB板上的主天线的簧片、分别放置在所述主PCB板上的副天线的第一簧片和副天线的第二簧片、连接所述主PCB板和所述子PCB板的射频同轴线；所述天线装置还包括：在所述金属板的非PCB板区域内开一条或多条缝隙，缝隙的位置和长度取决于要改善天线的频点的波长大小及天线在整个终端中的走线位置和馈电位置。

Description

一种降低多输入多输出系统天线相关性的天线装置及终端

技术领域

本发明涉及通信领域的天线设计技术，尤其涉及一种降低多输入多输出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Output)系统天线相关性的天线装置及终端。

背景技术

本申请发明人在实现本申请实施例技术方案的过程中，至少发现相关技术中存在如下技术问题：

目前各国移动运营商开始把支持MIMO的移动终端的数据吞吐率列为必要的认证测试项目，同时美国无线通信和互联网协会(CTIA)也正在逐步完善测试方案。预计2016年开始所有的进入美国市场的终端都要进行测试。该项测试用例涉及的内容较多，对天线性能提出了更高的要求，以往能满足运营商OTA规范的终端未必能满足MIMO的OTA测试，MIMO OTA测试是个更综合的测试，更接近用户实际使用的场景。

从首个开始做MIMO OTA认证的项目来看，该项测试结果主要取决于天线的两个性能指标，一个是天线的接收指标，另外一个是两个天线间相关性。天线的接收指标取决于天线的空间，即天线的净空大小，高度，面积，在终端中的位置等。当一个终端的布局确定后，天线的性能基本确定。而天线间的相关性取决于天线间的间距，两天线的方向图，天线的辐射强度和辐射相位差等。相关性越差，MIMO的吞吐率越好。那么降低天线相关性的就很重要。以终端为手机为例，由于传统的手机尺寸较小，当手机有700MHZ-900MHZ的工作频段时MIMO状态下天线的互扰性就强，也即天线的相关性就很强，会导致MIMO的吞吐率下降，如何降低手机等尺寸较小的终端在低频段的相关性是一大难题。进而，由相关性这一指标所导致的手机等终端提升低频段700MHZ-900MHZ内的MIMO吞吐率也是一大难题。

现有降低天线相关性的解决方案包括：切割PCB板改变电流方向，在天线间增加接近四分之一波长的地线进行隔离，开缝的位置为两个天线的中间位置，且必须在两个天线的信号馈入位置的中间位置；在天线间加去耦电路等等。

采用这些解决方案所存在的问题是：由于这些解决方案仅仅适用于特定的终端布局和特定的频率，因此，从通用性的角度来考虑，对于手机来说实现起来比较困难，都不太适用。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例希望提供一种降低MIMO系统天线相关性的天线装置及终端，至少解决了现有技术存在的问题。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种降低多输入多输出系统天线相关性的天线装置，所述天线装置包括：终端内部的金属支撑板、由所述金属支撑板支撑的主印刷电路板PCB板和子PCB板、放置在所述子PCB板上的主天线的簧片、分别放置在所述主PCB板上的副天线的第一簧片和副天线的第二簧片、连接所述主PCB板和所述子PCB板的射频同轴线；

所述天线装置还包括：在所述金属板的非PCB板区域内开一条或多条缝隙，缝隙的位置和长度取决于要改善天线的频点的波长大小及天线在整个终端中的走线位置和馈电位置。

在一实施方式中，所述天线装置还包括：位于所述主PCB板上且以所述第一簧片作为馈点的副天线区域，位于子PCB板上且以所述第二簧片作为馈点的主天线区域；

在所述金属板的非PCB板区域内开两条缝隙，分别为第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙位于所述第二缝隙的上侧；

设置所述第一缝隙的左边穿过所述金属支撑板，使所述金属支撑板分为上下两部分，且所述第一缝隙的右边没有穿过所述金属支撑板；

设置所述第二缝隙的右边穿过所述金属支撑板，且所述第二缝隙的左边没有穿过所述金属支撑板。

在一实施方式中，设置所述第一缝隙和/或所述第二缝隙的长度及在所述金属支撑板上的位置，取决于要改善的频段的中心频点的四分之一波长的长度，最大长度不得把所述金属支撑板的两边都击穿。

在一实施方式中，设置所述第一缝隙和/或所述第二缝隙与所述金属支撑板的两边边缘连接处的金属板的宽度以不响应整个天线的效率为基准。

在一实施方式中，在所述金属板的非PCB板区域内开两条缝隙，分别为第三缝隙和第四缝隙，所述第三缝隙位于所述第四缝隙的上侧；

设置所述第三缝隙与所述金属支撑板的两边各留有一个预设间距；

设置所述第四缝隙的左边与所述金属支撑板的一边相接触，仅所述第四缝隙的右边与所述金属支撑板的另一边留有一个预设间距。

本发明实施例还提供了一种终端，所述终端包括本发明实施例所述的天线装置。

本发明实施例的降低多输入多输出系统天线相关性的天线装置包括：终端内部的金属支撑板、由所述金属支撑板支撑的主印刷电路板(PCB)和子PCB板、放置在所述子PCB板上的主天线的簧片、分别放置在所述主PCB板上的副天线的第一簧片和副天线的第二簧片、连接所述主PCB板和所述子PCB板的射频同轴线；所述天线装置还包括：在所述金属板的非PCB板区域内开一条或多条缝隙，缝隙的位置和长度取决于要改善天线的频点的波长大小及天线在整个终端中的走线位置和馈电位置。

采用本发明实施例，通过在所述金属板的非PCB板区域内开一条或多条缝隙，能有效降低MIMO系统的天线相关性。

附图说明

图1为本发明实施例天线装置适用的手机终端内部布局结构的其中一种示意图；

图2为本发明实施例的天线装置的一种设计方案的组成结构示意图；

图3为图2布局的一种设计方案的具体尺寸示意图；

图4为本发明实施例的天线装置的另一种设计方案的组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。

本发明实施例的降低MIMO系统天线相关性的天线装置包括：终端内部的金属支撑板、由所述金属支撑板支撑的主印刷电路板PCB板和子PCB板、放置在所述子PCB板上的主天线的簧片、分别放置在所述主PCB板上的副天线的第一簧片和副天线的第二簧片、连接所述主PCB板和所述子PCB板的射频同轴线。所述天线装置还包括：在所述金属板的非PCB板区域内开一条或多条缝隙，缝隙的位置和长度取决于要改善天线的频点的波长大小及天线在整个终端中的走线位置和馈电位置。

在本发明实施例一实施方式中，所述天线装置还包括：位于所述主PCB板上且以所述第一簧片作为馈点的副天线区域，位于子PCB板上且以所述第二簧片作为馈点的主天线区域。在所述金属板的非PCB板区域内开两条缝隙，分别为第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙位于所述第二缝隙的上侧。设置所述第一缝隙的左边穿过所述金属支撑板，使所述金属支撑板分为上下两部分，且所述第一缝隙的右边没有穿过所述金属支撑板。设置所述第二缝隙的右边穿过所述金属支撑板，且所述第二缝隙的左边没有穿过所述金属支撑板。

在本发明实施例一实施方式中，设置所述第一缝隙和/或所述第二缝隙的长度及在所述金属支撑板上的位置，取决于要改善的频段的中心频点的四分之一波长的长度，最大长度不得把所述金属支撑板的两边都击穿。

在本发明实施例一实施方式中，设置所述第一缝隙和/或所述第二缝隙与所述金属支撑板的两边边缘连接处的金属板的宽度以不响应整个天线的效率为基准。

在本发明实施例一实施方式中，在所述金属板的非PCB板区域内开两条缝隙，分别为第三缝隙和第四缝隙，所述第三缝隙位于所述第四缝隙的上侧。设置所述第三缝隙与所述金属支撑板的两边各留有一个预设间距。设置所述第四缝隙的左边与所述金属支撑板的一边相接触，仅所述第四缝隙的右边与所述金属支撑板的另一边留有一个预设间距。

本发明实施例的终端，所述终端包括：如上述实施例任一项所述的天线装置。

以一个现实应用场景为例对本发明实施例阐述如下：

本应用场景中，为了降低MIMO系统天线相关性，从改善天线的隔离度入手，采用的方案基本是两种：一种是增加去耦电路；另外一种是在两个天线间增加接地的枝节，开缝的位置为两个天线的中间位置，且必须在两个天线的信号馈入位置的中间。但是这些都适合于特定的终端布局和特定的频率如更高的5GMHz等，对于手机的紧凑和面积较小的布局面积来说都不适用。

本应用场景采用本发明实施例，主要应用于手机布局上下分板的方式，并有一整片金属支撑板作为支撑屏幕，PCB主板等的构造的终端。在金属支撑板非PCB板区域内，开一个或者多个缝隙，缝隙的位置和长度取决于要改善天线的频点的波长大小，和天线在整个终端中的走线位置和馈电位置，可以有效的降低天线间的相关性同时不需要增加额外的成本，同时布局不会影响到PCB的EDA布局。

图1为本应用场景采用本发明实施例所使用手机终端的一个基本布局图，图1中，包括：手机内部的金属支撑板1、主PCB板2、子PCB板3、主天线的簧片4、副天线的第一簧片5、副天线的第二簧片6、射频同轴线7。其中，金属支撑板1主要用于支撑手机内部不完整的、分块的PCB板和屏幕等元件。主PCB板2主要用于放置手机的主要射频和基带芯片和功能器件里面有众多微带线等连接各器件和芯片间。子PCB板3主要用于放置USB、麦克、马达、扬声器、主天线等元件。主天线的簧片4放置在子PCB板3上，副天线的第一簧片5，副天线的第二簧片6分别为放置在主PCB板2上的两个副天线的簧片。射频同轴线7为连接主PCB板2和子PCB板3的射频同轴线，从而使下面子PCB板上的主天线可以和主PCB板上的射频芯片连接起来正常工作。

本发明实施例正是基于图1所示的该基础框架上所新增的技术方案，图2、-图4分别为在图1基础上实施本发明方案的示意图。

以图2所述的手机布局框架为例进行说明，图2中，包括副天线区域8、主天线区域9、在金属支撑板上开的第一缝隙10、在金属支撑板上开的第二缝隙11。其中，副天线区域8为以主PCB板2上副天线的第一簧片5作为馈点的副天线区域，主天线区域9为以子PCB板3上主天线的簧片4为馈点的主天线区域，在金属支撑板上开的第一缝隙10与在金属支撑板上开的第二缝隙11的缝隙宽度可以为相同或者不相同，这里，一个实例为第一缝隙10的缝隙宽度约1mm，第二缝隙11的缝隙宽度也为约1mm，且第一缝隙10的设置为：缝隙的左边穿过金属支撑板，使金属支撑板分为上下两部分，缝隙的右边没有穿过金属板。第二缝隙11的设置为：缝隙的右边穿过金属板，左边没有穿过金属板。第一缝隙10和第二缝隙11的缝隙的长度和在金属支撑板上的位置取决于要改善的频段的中心频点的四分之一波长的长度。但是，最大长度不得把金属板两边都击穿，否则天线的回流路劲较小，影响低频段的辐射效率。缝隙与金属板的两边边缘连接处的金属板的宽度以不响应连个天线的效率为底限。

如图3所示为基于图2的布局的一个具体尺寸示意图，对于图2所示的布局来说，金属支撑板加主PCB板加子PCB板的最长尺寸为130mm，宽为65mm的环境下，当在副天线区域8的位置，天线能实现一个低频850MHZ频段的分集接收，在主天线区域9的位置，能实现一个低频具有850MHZ的主集接收和发射天线时，实验发现，当金属板没有开任何缝隙时，两个天线在881MHZ时的ECC达到了0.5，而CTIA的规范要求0.5以内。当在第一缝隙10的位置开一个如图3尺寸的缝隙时，两个天线的在881MHZ的ECC降低到了0.3，但是此时主天线区域9的接收效率略有降低，相当于对降低ECC起到了一定的作用，当增加一个第二缝隙11，其缝隙尺寸如图3所示，副天线区域8，主天线区域9位置的天线效率并没有变化，但是两个天线在881MHZ的ECC将到了0.1。说明了通过在金属支撑板上设置第一缝隙10和第二缝隙11后，设置的两个缝隙对降低ECC起到了很大的作用。其中缝隙的位置取决于其中λ₀表示要改善的频点的在空气中的波长，本例中的为881MHZ,ξ表示PCB板的介电常数。缝隙的位置为距离天线的馈电位置间距d约为四分之一λ。但是在实际项目中我们发现，因为无法准确预估介质的介电常数，或者电流可能经过多种介电常数不同的介质，所以缝隙的位置与四分之一λ的会有一些偏差。需要根据实际情况进行微调整。

以图4所述的手机布局框架为例进行说明，图4可以作为如图2所述手机布局和图3所述该手机布局具体尺寸的一个可替代方案，实验发现，采用如图4所示的开缝方案也可以达到同样降低ECC的效果。图4中也包括两条缝隙，分别为第三缝隙12和第四缝隙13，第三缝隙12与第四缝隙13的缝隙宽度可以为相同或者不相同，本实例中为两条缝隙的缝隙宽度为不相同。区别于图2中缝隙的设置，本实例中，第三缝隙12的一边可以不穿过金属片的一边，即缝隙与金属片的两边各有一段间距。第三缝隙12的缝隙宽度约为1mm，当第四缝隙13较宽时，比如达到3mm以上时，第四缝隙13的左右长度就可以减小，也能达到相同的降低ECC的效果。

这里需要指出的是，如图2、图4所示布局中，都包含两条缝隙，在实际应用中，缝隙也可以只有一个，也可以为两条缝隙以上。比如，在实验中我们发现第一缝隙10和第二缝隙11对降低ECC都有帮助，但是，第一缝隙10目前所设置的位置容易对主频天线的效率产生影响，所以，可以根据需要只开一个第二缝隙11，如图3所示的设置位置。或者在主频天线辐射效率有一定余量时，只开一条第一缝隙10，如图3所示的设置位置，这些缝隙的设置方案都可以达到降低ECC的效果。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种降低多输入多输出系统天线相关性的天线装置，其特征在于，所述天线装置包括：终端内部的金属支撑板、由所述金属支撑板支撑的主印刷电路板PCB板和子PCB板、放置在所述子PCB板上的主天线的簧片、分别放置在所述主PCB板上的副天线的第一簧片和副天线的第二簧片、连接所述主PCB板和所述子PCB板的射频同轴线；

所述天线装置还包括：在所述金属板的非PCB板区域内开一条或多条缝隙，缝隙的位置和长度取决于要改善天线的频点的波长大小及天线在整个终端中的走线位置和馈电位置。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线装置还包括：位于所述主PCB板上且以所述第一簧片作为馈点的副天线区域，位于子PCB板上且以所述第二簧片作为馈点的主天线区域；

在所述金属板的非PCB板区域内开两条缝隙，分别为第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙位于所述第二缝隙的上侧；

设置所述第一缝隙的左边穿过所述金属支撑板，使所述金属支撑板分为上下两部分，且所述第一缝隙的右边没有穿过所述金属支撑板；

设置所述第二缝隙的右边穿过所述金属支撑板，且所述第二缝隙的左边没有穿过所述金属支撑板。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，设置所述第一缝隙和/或所述第二缝隙的长度及在所述金属支撑板上的位置，取决于要改善的频段的中心频点的四分之一波长的长度，最大长度不得把所述金属支撑板的两边都击穿。

4.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，设置所述第一缝隙和/或所述第二缝隙与所述金属支撑板的两边边缘连接处的金属板的宽度以不响应整个天线的效率为基准。

5.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，在所述金属板的非PCB板区域内开两条缝隙，分别为第三缝隙和第四缝隙，所述第三缝隙位于所述第四缝隙的上侧；

设置所述第三缝隙与所述金属支撑板的两边各留有一个预设间距；

设置所述第四缝隙的左边与所述金属支撑板的一边相接触，仅所述第四缝隙的右边与所述金属支撑板的另一边留有一个预设间距。

6.一种终端，其特征在于，所述终端包括：如权利要求1-5任一项所述的天线装置。