CN107623176A - 终端mimo天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种终端MIMO天线系统，包括八支天线；所述八支天线中，组成有两组、三组或四组紧凑型高隔离度天线单元，每组紧凑型高隔离度天线单元包含两支天线；其中，在紧凑型高隔离度天线单元为两组时，两组紧凑型高隔离度天线单元间隔置于终端的主板边缘；剩余的四支独立天线，则间隔置于终端中远离主板的位置或通过终端内固设功能天线同步复用方式实现。本发明的终端MIMO天线系统，节省了更多的空间。

Description

终端MIMO天线系统

技术领域

本发明涉及移动终端设备天线技术领域，尤其涉及的是一种终端MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)天线系统。

背景技术

随着第五代移动通信方式即将到来，MIMO技术显得越发的重要，而在MIMO系统中，多天线的设计以及布局至为关键。在经过了将近5代移动通信的发展，天线频段的要求越来越宽，天线数量也越来越多，这意味着一个移动终端中，天线所需的空间也越来越大。这与目前更为紧凑的ID设计是相矛盾的。能够在有限的空间内尽可能的设计多组天线，同时保证各天线的性能(效率，耦合，相关性等指标)符合要求，是新一代移动通信终端发展的必然需求。

对于第五代移动通信，3.4-3.6GHz频段在中国已经确认下来，而在这频段上的8*8MIMO系统也是必然的趋势。对于常规的手机大小尺寸，国际上有较多论文对这一课题进行了研究，然而大都是8支天线等距均匀放置(占据了手机卡槽，音量键，电池仓等)或有的天线置于手机长边两端屏幕一侧，这些设计在实际上是脱离工程应用的。因而，需要合理地设置8支天线在手机等移动终端中的布置关系，使得天线系统在能够保持较好性能下，结构更为紧凑。

此外，考虑到实际的ID与结构设计，以及天线对周边环境的需求，手机的背面，主板靠近手机长边边缘位置对于天线是比较理想的。然而同一频段多天线布局过于密集，隔离是很大的问题。常规增加隔离度的办法是通过天线极化的正交或拉大天线间的距离，而这两点，在手机终端8*8MIMO天线系统实现是极为困难的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种终端MIMO天线系统，节省了更多的空间。

为解决上述问题，本发明提出一种终端MIMO天线系统，包括八支天线；所述八支天线中，组成有两组、三组或四组紧凑型高隔离度天线单元，每组紧凑型高隔离度天线单元包含两支天线；其中，

在紧凑型高隔离度天线单元为两组时，两组紧凑型高隔离度天线单元间隔置于终端的主板边缘；剩余的四支独立天线，则间隔置于终端中远离主板的位置或通过终端内固设功能天线同步复用方式实现；

在紧凑型高隔离度天线单元为三组时，两组紧凑型高隔离度天线单元间隔置于终端的主板边缘；剩余的紧凑型高隔离度天线单元，则置于终端中远离主板的位置，及剩余的两支独立天线，则间隔置于终端中远离主板的位置或通过终端内固设功能天线同步复用方式实现；

在紧凑型高隔离度天线单元为四组时，两组紧凑型高隔离度天线单元间隔置于终端的主板边缘；剩余的两组紧凑型高隔离度天线单元，则分别置于终端中远离主板的位置。

根据本发明的一个实施例，每组紧凑型高隔离天线单元包括：

相互独立的两支天线；

天线净空区，设置在天线的正下方；

隔离网络，连接在所述两支天线之间，用以对所述两支天线的隔离；

匹配网络，连接在所述隔离网络的下一级，用以对每支天线进行匹配；

馈线，连接在所述匹配网络的下一级，用以对天线单元进行馈电。

根据本发明的一个实施例，所述隔离网络为解耦网络，用以对所述两支天线在所需频段的S21或S12进行解耦补偿；包括两条传输线及一并联导纳网络；各传输线分别连接在一支天线和相应匹配网络之间；所述并联导纳网络并联在所述两条传输线上。

根据本发明的一个实施例，所述传输线的特征阻抗与其连接的天线的输入阻抗一致或趋于一致；所述传输线的电长度使得所述两支天线在所需频段的S21或S12相位补偿至90度或-90度、或者趋于90度或-90度。

根据本发明的一个实施例，所述并联导纳网络对所述两支天线在所需频段的导纳Y21或Y12的虚部进行补偿消除。

根据本发明的一个实施例，所述匹配网络对所述经过所述解耦网络解耦的所述两支天线进行匹配，使天线单元在所需频段内达到S11＜-5dB，S22＜-5dB，S21＝S12＜-10dB。

根据本发明的一个实施例，每组紧凑型高隔离天线单元还包括：

天线支架，用以支撑所述两支天线；所述两支天线以走线形式布置在所述天线支架上；

电路板件，用以设置天线单元的两支天线主地、所述隔离网络、所述匹配网络及所述馈线。

根据本发明的一个实施例，所述固设功能天线包括主天线、分集天线、WIFI天线、GPS天线和前者中至少两种天线的一体天线中的一种或几种。

根据本发明的一个实施例，所述终端中远离主板的位置为终端的角落位置，每个角落位置至多设置一支独立天线或一紧凑型高隔离度天线单元。

根据本发明的一个实施例，所述八支天线的各天线走线形式为单极天线，或环形天线，或IFA天线，或PIFA天线，或耦合馈电天线。

采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：

使用本发明实施例的天线布局方式去布局终端上的第五代移动通讯要求的8*8MIMO天线系统，相比常规方案节省了大量的空间，减小了天线在整机上设计的复杂度，另一方面提高了终端整体设计，包括外形尺寸、结构上的灵活度，有利于提高机器在市场上的竞争力；

固设功能天线是本身必须设置在终端中的天线，而通过这些天线的同步复用，开辟出相应的频段用来实现独立天线的工作，可以将这些固设功能天线作为MIMO天线系统的一部分，大大节省了终端内的空间；

由于终端中的四个角落天线环境好距离其他同频天线一般较远，因而将天线置于该些位置处，可以提高天线隔离度，提升天线性能；

紧凑型高隔离天线单元设计，在两支天线间间距很小，且占用净空很小的情况下，做到足够高的隔离，同时保证好每支天线的效率以及满足天线相关性的要求。

附图说明

图1a是本发明实施例的在刀板堆叠手机终端中，包含两组紧凑型高隔离天线单元的MIMO天线系统的一种布局实例；

图1b是图1a的天线系统的仿真效率；

图2a是本发明实施例应用于断板堆叠手机终端，包含两组紧凑型高隔离天线单元的8*8MIMO天线系统的一种布局示意；

图2b是本发明实施例应用于断板堆叠手机终端，包含两组紧凑型高隔离天线单元的8*8MIMO天线系统的另一种布局示意；

图3a是本发明实施例应用于刀板堆叠手机终端，包含两组紧凑型高隔离天线单元的8*8MIMO天线系统的一种布局示意；

图3b是本发明实施例应用于刀板堆叠手机终端，包含两组紧凑型高隔离天线单元的8*8MIMO天线系统的另一种布局示意；

图3c是本发明实施例应用于刀板堆叠手机终端，包含三组紧凑型高隔离天线单元的8*8MIMO天线系统的一种布局示意；

图3d是本发明实施例应用于刀板堆叠手机终端，包含三组紧凑型高隔离天线单元的8*8MIMO天线系统的另一种布局示意；

图3e是本发明实施例应用于刀板堆叠手机终端，包含四组紧凑型高隔离天线单元的8*8MIMO天线系统的一种布局示意；

图4本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元的整体架构框图；

图5是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元的结构示意图；

图6是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元的解耦网络、匹配网络、馈源的拓扑框图示意图；

图7是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元未加入解耦网络的S参数示意图；

图8a是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元未加入解耦网络的辐射效率；

图8b是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元未加入解耦网络的总效率示意图；

图9a是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元未加入解耦网络的单端口1激励的天线单元表面电流示意图；

图9b是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元未加入解耦网络的单端口2激励的天线单元表面电流示意图；

图10a是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元未加入解耦网络的单端口1激励的整机表面电流示意图；

图10b是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元未加入解耦网络的单端口1激励的整机表面电流相应的远场示意图；

图11a是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元未加入解耦网络的单端口2激励的整机表面电流示意图；

图11b是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元未加入解耦网络的单端口2激励的整机表面电流相应的远场示意图；

图12是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元加入解耦网络、匹配网络后的S参数示意图；

图13是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元加入解耦网络、匹配网络后的天线单元两支天线间的ECC；

图14a是本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的紧凑型高隔离天线单元加入解耦网络、匹配网络后的辐射效率；

图14b是本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的紧凑型高隔离天线单元加入解耦网络、匹配网络后的总效率示意图；

图15a是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元加入解耦网络、匹配网络后的单端口1激励的天线单元表面电流示意图；

图15b是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元加入解耦网络、匹配网络后的单端口2激励的天线单元表面电流示意图；

图16a是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元加入解耦网络、匹配网络后的单端口1激励的整机表面电流示意图；

图16b是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元加入解耦网络、匹配网络后的单端口1激励的整机表面电流相应的远场示意图；

图17a是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元加入解耦网络、匹配网络后的单端口2激励的整机表面电流示意图；

图17b是本发明实施例的紧凑型高隔离天线单元加入解耦网络、匹配网络后的单端口2激励的整机表面电流相应的远场示意图；

图18a是本发明实施例的其中一支单独设计的同频天线的走线示意；

图18b是本发明实施例的其中一支单独设计的同频天线与距离其最近的紧凑型高隔离天线单元的一支天线间的S参数图；

图18c是本发明实施例的其中一支单独设计的同频天线的效率图示；

图19a是本发明实施例的实物治具中一个紧凑型高隔离天线单元的实测S参数图；

图19b是本发明实施例的实物治具中单独设计的同频天线与最近的紧凑型高隔离天线一支的实测S参数图；

图19c是是本发明实施例的实物治具中两紧凑型高隔离天线单元，最内侧两天线间的实测S参数图；

图20是本发明实施例的实物治具中一共5支天线的实测效率图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

在本发明的实施例中，终端MIMO天线系统包括八支天线，构成8*8MIMO天线系统。八支天线中，可以用四支天线两两组成为两组紧凑型高隔离度天线单元，剩余四支独立的天线；或者可以用六支天线两两组成为三组紧凑型高隔离度天线单元，剩余两支独立的天线；或者可以用全部八支天线两两组成为四组紧凑型高隔离度天线单元，不剩余独立天线。每组紧凑型高隔离度天线单元中包含两支天线。

在紧凑型高隔离度天线单元为两组时，两组紧凑型高隔离度天线单元间隔置于终端的主板边缘。剩余的四支独立天线，则间隔置于终端中远离主板的位置，优选的是，终端中远离主板的位置为终端的角落位置，四支独立天线分别置于四个角落位置。或，剩余的四支独立天线，通过终端内固设功能天线同步复用方式实现。可以额外设置四支独立的天线设置在终端四个角落；或者，可以复用固设功能天线，并设置在终端中的原本应处位置处；或者，可以复用固设功能天线，并分别置于终端四个角落位置。

在紧凑型高隔离度天线单元为三组时，两组紧凑型高隔离度天线单元间隔置于终端的主板边缘。剩余的一组紧凑型高隔离度天线单元，则置于终端中远离主板的位置，及剩余的两支独立天线，则间隔置于终端中远离主板的位置，优选的是，剩余的一组紧凑型高隔离度天线单元置于终端的顶部角落或底部角落，而剩余的两支独立天线分置于终端的底部两个角落或顶部两个角落。或，剩余的两支独立天线，通过终端内固设功能天线同步复用方式实现。

在紧凑型高隔离度天线单元为四组时，两组紧凑型高隔离度天线单元间隔置于终端的主板边缘；剩余的两组紧凑型高隔离度天线单元，则分别置于终端中远离主板的位置，优选的是，终端中远离主板的位置为终端的角落位置，一组紧凑型高隔离度天线单元设置在主板的顶部角落位置，另一组紧凑型高隔离度天线单元设置在主板的底部角落位置。顶部和底部是从终端的长度角度出发的，是常规的。

固设功能天线是本身必须设置在终端中的天线，而通过这些天线的同步复用，开辟出相应的频段用来实现独立天线的工作，可以将这些固设功能天线作为MIMO天线系统的一部分，大大节省了终端内的空间。

优选的，固设功能天线包括主天线、分集天线、WIFI天线、GPS天线和前者中至少两种天线的一体天线中的一种或几种，当然不限于此，其他可能存在于终端中的天线均可作为复用作用的天线。每个独立天线复用不同的固设功能天线，例如，4支天线与主天线、分集天线、WIFI及GPS一体天线、WIFIMIMO天线同步设计复用，其中主天线和WIFI MIMO天线置于终端底部角落，分集天线和WIFI及GPS一体天线置于手机顶部角落。4支与主天线，分集天线，WIFI及GPS一体天线、，WIFI MIMO天线同步设计复用的天线，所需频段通过滤波方式截取出，和两组紧凑型高隔离天线单元共同构成8*8MIMO天线系统。

优选的，终端中远离主板的位置为终端的角落位置，每个角落位置至多设置一支独立天线或一紧凑型高隔离度天线单元。由于终端中的四个角落天线环境好、距离其他同频天线一般较远，因而将天线置于该些位置处，可以提高天线隔离度，提升天线性能。

本发明实施例的终端MIMO天线系统可以用于刀板堆叠手机终端，比如苹果6，华为荣耀7主板类型，和断板堆叠手机终端，比如小米note，华为P10plus主板类型。当然，也可以适用于其他的移动终端。

使用本发明实施例的天线布局方式去布局终端上的第五代移动通讯要求的8*8MIMO天线系统，相比常规方案节省了大量的空间，减小了天线在整机上设计的复杂度，另一方面提高了终端整体设计，包括外形尺寸、结构上的灵活度，有利于提高机器在市场上的竞争力。

上述剩余的独立天线的天线走线形式可以为单极天线，或环形天线，或IFA天线，或PIFA天线，或耦合馈电天线等。

在一个实施例中，每组紧凑型高隔离天线单元包括：相互独立的两支天线，也就是八支天线中的两支天线；天线净空区，设置在天线的正下方，保证天线能够正常辐射；隔离网络，连接在所述两支天线之间，用以对所述两支天线的隔离；匹配网络，连接在所述隔离网络的下一级，用以对每支天线进行匹配；馈线，连接在所述匹配网络的下一级，用以对天线单元进行馈电。

紧凑型高隔离天线单元设计，在两支天线间间距很小(在本发明的一个具体实施例中，两天线间距可以低至有0.023个波长长度)，且占用净空很小的情况下，做到足够高的隔离，同时保证好每支天线的效率以及满足天线相关性的要求。

优选的，隔离网络为解耦网络，用以对所述两支天线在所需频段的S21或S12(其意义为天线1到天线2的传输系数或天线2到天线1的传输系数，两者的大小是一样的，一般调试需求这个数值越小越好，表征隔离越高)进行解耦补偿。解耦网络包括两条传输线及一并联导纳网络；各传输线分别连接在一支天线和相应匹配网络之间；所述并联导纳网络并联在所述两条传输线上。

更优的，传输线的特征阻抗与其连接的天线的输入阻抗一致或趋于一致，优选特征阻抗为50欧姆。按理论分析简化推导，两个阻抗希望是相同的，但实际情况一般会有不同，因为实际每支天线的输入阻抗因环境影响都不会一样，也不可能都调到需求的50ohm，传输线阻抗也不可能调成恰好一样，因而两个阻抗可以存在可接受范围内的差值。

优选的，两段传输线总的电长度，对应所需频段中心频率，共2θ，使得所述两支天线在所需频段的S21或S12相位补偿至90度或-90度、或者趋于90度或-90度，如此在所需频段的导纳Y21或Y12的实部可以被消除。一般在所需频段的一个频点能补偿到正负90度，其余频点只能分布在正负90度附近，故而最优是中心频点到正负90度，这样频带两端的频率会比较平衡。由于存在制造上的一些公差因而可以在中心频点位置调谐S21或S12相位至90度或-90度一定可接受范围的偏差内。优选的两段传输线电长度等长，在所需频段中心频率每段为θ，也可根据实际情况调整每段传输线各自的长度，保证两段总长为2θ即可。

更优的，并联导纳网络对所述两支天线在所需频段的导纳Y21或Y12的虚部进行补偿消除。从而Y21或Y12可以为0，从而S12或S21为0，实现解耦。

并联导纳网络由包括不限于电容，电感，电阻，变压器，传输线中的一种或几种串联或并联或混联组成的结构。组成并联导纳网络的各器件值基于所述两支天线在所需频段的S21或S12的幅度，对所述两支天线在所需频段的导纳Y21或Y12的虚部进行补偿消除。

优选的，匹配网络对所述经过所述解耦网络解耦的所述两支天线进行匹配，使天线单元达到S11＜-5dB，S22＜-5dB，S21＝S12＜-10dB。

在一个实施例中，每组紧凑型高隔离天线单元还可以包括：天线支架，用以支撑所述两支天线；所述两支天线以走线形式布置在所述天线支架上；电路板件，用以设置天线单元的两支天线主地、所述隔离网络、所述匹配网络及所述馈线。电路板件可以是PCB板。

天线支架上的两支独立设计的天线走线，其走线形式可对称也可不对称。其走线形式可为单极天线，或环形天线，或IFA天线，或PIFA天线，或耦合馈电天线等。

下面结合附图对本发明实施例的终端MIMO天线系统进行更具体的描述，但不应以此为限。

参考图1a和1b，示出本发明一种8*8MIMO天线系统实施例，包含两组紧凑型高隔离天线单元的刀板堆叠手机终端的8*8MIMO天线其中一种布局实例以及仿真效率，MIMO天线系包括：两组紧凑型高隔离天线单元111、112，4支单独设计的同频天线121、122、123、124，共8支天线工作在3.4-3.6GHz频段，两组紧凑型高隔离天线单元111、112间隔设置在主板141的边缘，主板141还连接有电池131，电池131尽量居中以避开天线区域。通过本发明给出的布局方案，8支天线都能保证很不错的效率，而且紧凑的设计也为ID结构的设计提供了更高的自由度，有利于增加机器的市场竞争力。

参考图2a和2b，示出本发明一种8*8MIMO天线系统实施例，包含两组紧凑型高隔离天线单元的断板堆叠手机终端的8*8MIMO天线两种布局示意。设定手机终端尺寸154*72*7mm³，第一种布局其中4支天线(圆形标识)使用两组紧凑型高隔离天线单元，置于手机终端的主板Main board两侧边缘，距离手机顶端42mm，还示出有电池Battery。另外4支天线(三角形标识)置于手机4个角落净空区，每支天线占用空间7*2*4mm³。WIFI+GPS天线、DIV天线(分集天线)设置在手机终端的顶端，WIFI MIMO天线、Main天线(主天线)设置在手机终端的底端，与四个角落的天线独立。第二种布局其中4支天线使用两个紧凑型高隔离天线单元(圆形标识)，置于手机主板两侧，距离手机顶端42mm。另外4支天线ant5-ant8分别和Main天线、DIV天线、WIFI+GPS天线、WIFI MIMO天线复用天线空间设计，再通过滤波Filter，和两紧凑型高隔离天线单元共同构成8*8MIMO天线系统。优选的，两紧凑型高隔离天线单元距离手机顶端37-47mm，主要为了实际设计中规避sim卡槽，音量键位置，电池仓，同时增加与顶部天线间的隔离所设置。

参考图3a和3b，示出本发明一种8*8MIMO天线系统实施例，包含两组紧凑型高隔离天线单元的刀板堆叠手机终端的8*8MIMO天线两种布局示意。设定手机终端尺寸154*72*7mm³，第一种布局，其中4支天线(圆形标识)使用两个紧凑型高隔离天线单元，置于手机终端主板Main board靠近手机边缘一侧，两单元间距50mm，距离手机底端和顶端分别42mm，还示出有电池Battery。另外4支天线(三角形标识)置于手机4个角落净空区，每支天线占用空间7*2*4mm³。WIFI+GPS天线、DIV天线(分集天线)设置在手机终端的顶端，WIFI MIMO天线、Main天线(主天线)设置在手机终端的底端，与四个角落的天线独立。第二种布局，其中4支天线(圆形标识)使用两个紧凑型高隔离天线单元，置于手机主板靠近手机边缘一侧，两单元间距50mm，距离手机底端和顶端分别42mm。另外4支天线ant5-ant8和Main天线、DIV天线、WIFI+GPS天线、WIFI MIMO天线复用天线空间设计，再通过滤波Filter，和两紧凑型高隔离天线单元共同构成8*8MIMO天线系统。优选的，两紧凑型高隔离天线单元距离手机顶面和底面大于35mm，主要为了实际设计中规避sim卡槽或音量键位置，同时增加与顶部和底部天线间的隔离所设置。优选的，两紧凑型高隔离天线单元之间间距大于45mm，确保两紧凑型高隔离天线单元之间的隔离和相关性。

参考图3c和3d，示出本发明一种8*8MIMO天线系统实施例，包含三组紧凑型高隔离天线单元的刀板堆叠手机终端的8*8MIMO天线两种布局示意。设定手机终端尺寸154*72*7mm³，第一种布局，其中6支天线(圆形标识)使用三个紧凑型高隔离天线单元，其中两个单元置于手机终端主板Main board靠近手机边缘一侧，两单元间距50mm，距离手机底端和顶端分别42mm，另一个单元置于手机终端底部角落，远离另外两个单元，还示出有电池Battery。另外2支天线(三角形标识)置于手机顶端2个角落净空区，每支天线占用空间7*2*4mm³。WIFI+GPS天线、DIV天线(分集天线)设置在手机终端的顶端，与顶端两个角落的天线独立，WIFI2天线、Main天线(主天线)设置在手机终端的底端。第二种布局，其中6支天线(圆形标识)使用三个紧凑型高隔离天线单元，其中两个单元置于手机主板靠近手机边缘一侧，两单元间距50mm，距离手机底端和顶端分别42mm，另一个单元置于手机终端顶部角落，远离另外两个单元。另外2支天线(三角形标识)置于手机底端2个角落净空区，每支天线占用空间7*2*4mm³。WIFI1+GPS+DIV天线设置在手机终端的顶端，WIFI2天线、Main天线(主天线)设置在手机终端的底端，与底端两个角落的天线独立。优选的，侧边两紧凑型高隔离天线单元距离手机顶面和底面大于35mm，主要为了实际设计中规避sim卡槽或音量键位置，同时增加与顶部和底部天线间的隔离所设置。优选的，侧边两紧凑型高隔离天线单元之间间距大于45mm，确保侧边两紧凑型高隔离天线单元之间的隔离和相关性。

参考图3e，示出本发明一种8*8MIMO天线系统实施例，包含四组紧凑型高隔离天线单元的刀板堆叠手机终端的8*8MIMO天线布局示意。设定手机终端尺寸154*72*7mm³，其中两个单元置于手机终端主板Main board靠近手机边缘一侧，两单元间距50mm，距离手机底端和顶端分别42mm，另两个单元分别置于手机终端底部和顶部角落，远离另外两个单元，还示出有电池Battery。WIFI1+GPS+DIV天线设置在手机终端的顶端，WIFI2天线、Main天线(主天线)设置在手机终端的底端。优选的，侧边两紧凑型高隔离天线单元距离手机顶面和底面大于35mm，主要为了实际设计中规避sim卡槽或音量键位置。优选的，侧边两紧凑型高隔离天线单元之间间距大于45mm，确保侧边两紧凑型高隔离天线单元之间的隔离和相关性。

参考图4，示出本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的紧凑型高隔离天线单元的整体架构，包括：两支独立设计的天线411、412，天线工作频率设为第五代移动通信中国区确定使用的3.4-3.6GHz，若仅此两支天线，则在此频段具有良好的回波损耗S11＜-10dB，S22＜-10dB，较差的隔离S12＝S21＞-10dB；解耦网络，包括两段特征阻抗为Z₀、电长度为θ的传输线421、422，各传输线421、422的一端分别连接于天线411、412的一端，优选的，传输线421、422使用微带线类型。并联导纳网络423连接于两传输线421、422的另一端，实施例中只需对单频段解耦，使用并联电容作为并联导纳网络423消除Y21或Y12的虚部。匹配网络431、432，一端与解耦网络的传输线421、422的一端相接，对解耦后的天线进行匹配，使得S11、S22满足在3.4-3.6GHz小于-5dB的要求。两端口441、442(端口1和端口2)分别与两个匹配网络的另一端相接，对天线提供和接收信号。

根据双端口网络S矩阵和Y矩阵的对应关系，如下边的公式(1)-(4)：

Δ_s＝(1+S₁₁)(1+S₂₂)-S₁₂S₂₁ (2)

其中S_ii，i＝1，2，表示非i端口接匹配负载时，端口i的反射系数，为端口i反射电压波与入射电压波之比。S_ij，i＝1，2，j＝1，2，i≠j，表示非j端口接匹配负载时，端口j到端口i的传输系数，为端口i的反射电压波与端口j的入射电压波之比。Z₀为特征阻抗，一般取50ohm，Y₀＝1/Z₀，为特征导纳。Y_ii，i＝1，2，表示非i端口电压为0(短路)时，端口i电流与电压之比。Y_ij，i＝1，2，j＝1，2，i≠j，表示非j端口电压为0(短路)时，端口i的电流与端口j的电压之比。

在本实施例中，第一步调试天线411和天线412，确保在3.4-3.6GHz的S11和S22都小于-10dB，对上述公式能有很大简化。目标是使得S12或S21为0，其充要条件是使Y12或Y21为0，第二步解耦网络的设计，就是依据初始S12或S21的幅值和相位进行进一步的处理：传输线使得S12或S21在中心频率3.5GHz在Smith图上的位置转到90度或-90度，如此对应Y12或Y21的实部在3.5GHz就被消除，剩余的Y12或Y21虚部通过纯电抗性并联导纳网络消除。此时通过图4的t₃面往天线方向看，两天线在需求频段被解耦，S12或S21趋于0。由上述理论以及前提，对应图4的t₁，t₂，t₃面往天线方向看去，满足以下公式(5)-(8)：

其中[S^A]，[S^A’]，[S^B]分别表示从t₁，t₂，t₃面往天线方向看去双端口散射参数矩阵；α和是t1面看去原始天线S12或S21的幅度和相位；Y₂₁ ^B和Y₁₂ ^B表示从t₃面往天线方向看去双端口网络导纳矩阵中第一行第二列与第二行第一列元素的值；θ表示每段传输线电长度；B表示并联导纳网络的电纳值。因此，可得到公式(9)和(10)作为解耦网络传输线421、422以及并联导纳网络的参考值：

优选的，θ取正值，对应B也是正的，这样对应的传输线长度较短，并联导纳网络使用电容，更有利于实际紧凑的设计。

在一个具体的实施例中，参看图5，示出本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的紧凑型高隔离天线单元的结构，包括：天线支架511，尺寸为10*2.5*4mm³，置于主板边缘，天线支架511的宽度方向上，1.5mm落于主板上，1mm位于主板外，这与手机终端整机组装相关，同时能充分利用较优的天线空间；天线走线521、522，本实施例中使用简单的单极天线设计，两走线最近间距2mm；天线净空531，在主板平上投影面积10*1.5mm²；以及PCB板541，为天线主板，给天线提供主地。

较佳的，宽度方向上，天线走线521、522置于远离PCB板541一侧，高度方向上，天线走线521、522远离PCB板541的主地表面。天线走线521、522走线形式包括不限于单极天线，环形天线，IFA天线，PIFA天线，耦合馈电天线。较佳的，天线净空531宽度方向大于等于1.5mm。

在一个具体的实施例中，参看图6，是本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的紧凑型高隔离天线单元的解耦网络、匹配网络、馈源的拓扑框图，包括：传输线611、612，用于消除两天线间在所需频段Y12或Y21的实部；并联导纳网络613，用于消除两天线间在所需频段Y12或Y21的虚部；匹配网络621、622、623、624，用于解耦后天线的再匹配；馈源631、632，给天线提供和接收信号。

优选的，传输线611、612用微带线类型，更适合手机主板上的布线与实际生产阻抗控制，损耗阻抗也较小。优选的，并联导纳网络613对应单频段解耦使用电容器件或通过传输线设计的分布式电容。

在一个实施例中，参看图7，是本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的紧凑型高隔离天线单元未加入解耦网络的S参数示意图，在3.4-3.6GHz频段，两支天线的S11、S12均小于-10dB，在中心频率3.5GHz，S12只有-1.46dB，属于两天线间耦合太强，隔离很差的情况。参看图8a和8b，是本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的紧凑型高隔离天线单元未加入解耦网络的辐射效率和总效率示意图，在回波和辐射效率都很好的情况下，总效率在最好的点都不超过-6dB，说明强耦合下，天线的辐射性能受到了极大的降幅。参看图9a和9b，本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的紧凑型高隔离天线单元未加入解耦网络的单端口1，单端口2激励的天线单元表面电流示意图，其中一个端口激励的时候，另一个端口也出现较大电流，很好的符合了强耦合的现象，而且和原端口上电流方向相反，对于远场，这相互反向的电流照成了场的抵消，影响天线总体性能。图10a和10b是本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的紧凑型高隔离天线单元未加入解耦网络的单端口1激励的整机表面电流示意图以及相应的远场示意图，可见对于端口1的激励，其电流分布主要集中在手机终端的+y方向，且强电流的方向大致相同，在-y方向的电流很弱，由这些无数个小电流单元在远场的场的积分造成天线1远场图主要朝终端上方。而图11a和11b是本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的紧凑型高隔离天线单元未加入解耦网络的单端口2激励的整机表面电流示意图以及相应的远场示意图，可见对于端口2的激励，其电流分布主要集中在手机终端的-y方向，天线2远场图主要朝终端下方。

在另一个实施例中，参考图12，本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的紧凑型高隔离天线单元加入解耦网络、匹配网络后的S参数示意图。在所需频段3.4-3.6GHz，解耦后的天线S12小于-10dB，S11，S22均小于-5dB，极大的减弱了两天线间的耦合，提高隔离度，同时保证了天线的带宽。参考图13，是本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的紧凑型高隔离天线单元加入解耦网络、匹配网络后的天线单元两支天线间的ECC，在3.4-3.6GHz频段内，其值最大只有0.2，均不超过0.3，满足高频MIMO天线ECC指标要求。参考图14a和14b，本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的紧凑型高隔离天线单元加入解耦网络、匹配网络后的辐射效率和总效率示意图，与图8a和8b相比，总效率提高了4-5dB左右，由耦合引起的效率下降得到了极大的补偿。图15a和15b是本发明一种8x8MIMO天线系统实施例的紧凑型高隔离天线单元加入解耦网络、匹配网络后的单端口1，单端口2激励的天线单元表面电流示意图，解耦后，在一个端口激励时，另一个端口上的电流幅度大大降低。图16a和16b是本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的紧凑型高隔离天线单元加入解耦网络、匹配网络后的单端口1激励的整机表面电流示意图以及相应的远场示意图，可见加入解耦网络后，天线的电流分布，尤其在主地上的电流分布发生了很大变化，对比图10a和10b，此时在手机终端-y方向也有较强电流分布，其远场图在-y方向也有了较大补偿，对于此方向了来波，天线也可做较好接收。图17a和17b是本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的紧凑型高隔离天线单元加入解耦网络、匹配网络后的单端口2激励的整机表面电流示意图以及相应的远场示意图，可见加入解耦网络后，天线的电流分布，尤其在主地上的电流分布发生了很大变化，对比图11a和11b，此时在手机终端+y方向也由较强电流分布，其远场图在+y方向也有了较大补偿，对于此方向了来波，天线也可做较好接收。

在一个实施例中，参考图18a、18b和18c，本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的其中一支单独设计的同频天线的走线示意，回波损耗，与最近的紧凑型高隔离天线单元天线间的隔离以及效率图示，实例中单独设计的同频天线为简单的单极天线，在3.4-3.6GHz有很好的回波损耗S55＜-10dB，且与一个最近的紧凑型高隔离天线单元天线距离最近，是紧凑型高隔离天线单元天线与单独设计的同频天线间最恶劣的情况。容易看到紧凑型高隔离天线单元天线与单独设计的同频天线间的隔离仍大于10dB，同时单独设计的同频天线的效率很高，满足设计需求。

在一个实施例中，制作一8*8MIMO天线系统实施例的包含两组紧凑型高隔离天线单元以及最近一支单独设计的同频天线实物治具，治具尺寸159*72*4.8mm³，不包含屏幕厚度，设置了两个紧凑型高隔离天线单元与一支单独设计的同频天线。两紧凑型高隔离天线单元间距55mm，距离治具顶面和地面分别42mm，单独设计的同频天线置于紧凑型高隔离天线单元同一侧，位于治具角落净空处，与两单元成一列设置，其尺寸为7*2*4mm³。从右到左，两紧凑型高隔离天线单元共4支天线，以及一支单独设计的同频天线，依次定义为Antl-Ant5。本发明实施例的实物治具中一个紧凑型高隔离天线单元，尺寸为10*2*4mm³，在板上投影净空为10*1.5mm。

在一个实施例中，参考图19a，19b和19c，本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的实物治具中一个紧凑型高隔离天线单元(实物治具中的Antl和Ant2)的实测S参数图，单独设计的同频天线与最近的紧凑型高隔离天线一支(实物治具中的Ant5和Ant4)的实测S参数图以及两紧凑型高隔离天线单元，最内侧两天线间(实物治具中的Ant2和Ant3)的实测S参数图，图19a与图12相比，紧凑型高隔离天线单元实物实测的S参数与仿真拟合的非常好，在3.4-3.6GHz频段内，S11和S22都小于-5dB，S12或S21小于-10d；图19b与图18b相比，实测与模拟仿真的结果也符合的很好天线的阻抗带宽和隔离都达到要求；图19c显示了在两紧凑型高隔离天线单元间距55mm的情况下，其隔离最差也在13.5dB左右，意味着两者距离可以继续缩小，天线单元实际位置设置可以更灵活。在一个实施例中，参考图20，本发明一种8*8MIMO天线系统实施例的实物治具中一共5支天线的实测效率图，可见5支天线在3.4-3.6GHz的效率都大于-5dB，性能非常好，意味着天线效率仍有很大余量去抵抗真机更复杂的环境变化。能很好的适用于真机方案中。

本发明实施例不限于单频段3.4-3.6GHz，别的频段或多频段设计也可使用本发明的设计思想。通过增加或减小天线走线长度与走线形式，改变净空大小，对其他单频段设计完全适用；而辅以软件，使用递归算法求解多频段解耦网络，可以实现多频段下紧凑型高隔离天线单元设计，进而可以在紧凑的结构实现多频段MIMO系统。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种终端MIMO天线系统，其特征在于，包括八支天线；所述八支天线中，组成有两组、三组或四组紧凑型高隔离度天线单元，每组紧凑型高隔离度天线单元包含两支天线；其中，

在紧凑型高隔离度天线单元为两组时，两组紧凑型高隔离度天线单元间隔置于终端的主板边缘；剩余的四支独立天线，则间隔置于终端中远离主板的位置或通过终端内固设功能天线同步复用方式实现；

在紧凑型高隔离度天线单元为三组时，两组紧凑型高隔离度天线单元间隔置于终端的主板边缘；剩余的紧凑型高隔离度天线单元，则置于终端中远离主板的位置，及剩余的两支独立天线，则间隔置于终端中远离主板的位置或通过终端内固设功能天线同步复用方式实现；

在紧凑型高隔离度天线单元为四组时，两组紧凑型高隔离度天线单元间隔置于终端的主板边缘；剩余的两组紧凑型高隔离度天线单元，则分别置于终端中远离主板的位置。

2.如权利要求1所述的终端MIMO天线系统，其特征在于，每组紧凑型高隔离天线单元包括：

相互独立的两支天线；

天线净空区，设置在天线的正下方；

隔离网络，连接在所述两支天线之间，用以对所述两支天线的隔离；

匹配网络，连接在所述隔离网络的下一级，用以对每支天线进行匹配；

馈线，连接在所述匹配网络的下一级，用以对天线单元进行馈电。

3.如权利要求2所述的终端MIMO天线系统，其特征在于，所述隔离网络为解耦网络，用以对所述两支天线在所需频段的S21或S12进行解耦补偿；包括两条传输线及一并联导纳网络；各传输线分别连接在一支天线和相应匹配网络之间；所述并联导纳网络并联在所述两条传输线上。

4.如权利要求3所述的终端MIMO天线系统，其特征在于，所述传输线的特征阻抗与其连接的天线的输入阻抗一致或趋于一致；所述传输线的电长度使得所述两支天线在所需频段的S21或S12相位补偿至90度或-90度、或者趋于90度或-90度。

5.如权利要求3所述的终端MIMO天线系统，其特征在于，所述并联导纳网络对所述两支天线在所需频段的导纳Y21或Y12的虚部进行补偿消除。

6.如权利要求3所述的终端MIMO天线系统，其特征在于，所述匹配网络对所述经过所述解耦网络解耦的所述两支天线进行匹配，使天线单元在所需频段内达到S11＜-5dB，S22＜-5dB，S21＝S12＜-10dB。

7.如权利要求2所述的终端MIMO天线系统，其特征在于，每组紧凑型高隔离天线单元还包括：

天线支架，用以支撑所述两支天线；所述两支天线以走线形式布置在所述天线支架上；

电路板件，用以设置天线单元的两支天线主地、所述隔离网络、所述匹配网络及所述馈线。

8.如权利要求1-7中任意一项所述的终端MIMO天线系统，其特征在于，所述固设功能天线包括主天线、分集天线、WIFI天线、GPS天线和前者中至少两种天线的一体天线中的一种或几种。

9.如权利要求1-7中任意一项所述的终端MIMO天线系统，其特征在于，所述终端中远离主板的位置为终端的角落位置，每个角落位置至多设置一支独立天线或一紧凑型高隔离度天线单元。

10.如权利要求1-7中任意一项所述的终端MIMO天线系统，其特征在于，所述八支天线的各天线走线形式为单极天线，或环形天线，或IFA天线，或PIFA天线，或耦合馈电天线。