CN108470978A - 基于金属框的5g mimo天线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于金属框的5G MIMO天线系统，包括天线辐射单元，天线辐射单元靠近金属框的内侧壁设置，天线结构包括馈电结构、U形的第一天线分支和U形的第二天线分支，第一天线分支的长度与第二天线分支的长度不同，可使第一天线分支和第二天线分支产生不同的谐振频率，工作在不同的频段；在第一馈线分支和第二馈线分支上分别设置匹配元件，第三匹配元件和第四匹配元件组成的滤波器结构在扩宽第二天线分支的带宽的同时，不会影响第一天线分支的谐振，第一匹配元件和第二匹配元件组成的双工器结构可以将第一天线分支和第二天线分支产生的谐振整合在一起，且互不影响。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于金属框的5G MIMO天线系统。
背景技术
目前，5G天线已经成为了当前无线通信技术领域研究的热点之一，5G无线通信系统将使用下面两个不同的主要频段：6GHz以下和6GHz以上的毫米波频段。对于5G毫米波天线系统而言，相控天线阵列将被采用。但是对于6GHz以下的5G天线系统，MIMO天线将被使用，而且为了达到5G传输速率的要求，MIMO天线的个数至少要在8个左右，也即8×8的MIMO天线系统将被采用。目前5G规划频段为3.3GHz-3.4GHz，3.4GHz-3.6GHz以及4.8GHz-5GHz，其中，3.3GHz-3.4GHz频段原则上限室内使用。
在苹果手机金属化外壳的潮流引领下，金属框结构的手机成为主流，如何在金属框结构的环境下设计MIMO天线成为难点。另外，当设备中相邻天线之间的距离较近时，需要增加天线之间的隔离度，天线之间隔离度的增加将直接影响天线的辐射效率，所以，在金属框上设计5G天线的同时还需要保证天线间的隔离度。
现有技术中，有的做法是在金属框上开缝隙，形成缝隙天线。当缝隙较少时，形成的天线谐振单一，不能完全覆盖6GHz以下的频段；当缝隙较多时，则会一定程度影响手机整体结构的稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于金属框的5G MIMO天线系统，不需要开设缝隙即可效覆盖6GHz以下的两个频段。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于金属框的5G MIMO天线系统，包括至少八个的间隔设置的天线辐射单元，所述天线辐射单元包括支架和设置于所述支架上的天线结构，所述天线辐射单元靠近金属框的内侧壁设置；所述天线结构包括馈电结构、U形的第一天线分支和U形的第二天线分支，所述第一天线分支包括依次连接的第一辐射部、第二辐射部和第三辐射部，所述第二天线分支包括依次连接的第四辐射部、第五辐射部和第六辐射部，所述第一辐射部远离第二辐射部的一端与第四辐射部远离第五辐射部的一端连接，且所述第一辐射部的长度小于第四辐射部的长度，所述第三辐射部的长度小于第六辐射部的长度；所述馈电结构包括主馈分支、第一馈线分支和第二馈线分支，所述主馈分支分别与所述第一馈线分支和第二馈线分支连接，所述第一馈线分支远离主馈分支的一端与第一辐射部连接，所述第二馈线分支远离主馈分支的一端与第四辐射部连接，所述第一馈线分支上设有第一匹配元件，所述第二馈线分支上分别设有第二匹配元件、第三匹配元件和第四匹配元件，所述第一匹配元件与第二匹配元件组成双工器结构，所述第三匹配元件和第四匹配元件组成滤波器结构。
本发明的有益效果在于：第一天线分支的长度与第二天线分支的长度不同，可使第一天线分支和第二天线分支产生不同的谐振频率，工作在不同的频段；在第一馈线分支和第二馈线分支上分别设置匹配元件，第三匹配元件和第四匹配元件组成的滤波器结构在扩宽第二天线分支的带宽的同时，不会影响第一天线分支的谐振，第一匹配元件和第二匹配元件组成的双工器结构可以将第一天线分支和第二天线分支产生的谐振整合在一起，且互不影响。本发明的天线结构的分支可以单独进行匹配，可以减小分支之间相互耦合的影响，并且不需要在金属框上开设缝隙即可效覆盖6GHz以下的两个频段，使用方便。
附图说明
图1为本发明实施例一的基于金属框的5G MIMO天线系统的整体结构示意图；
图2为本发明实施例一的基于金属框的5G MIMO天线系统的部分结构示意图；
图3为图1中的基于金属框的5G MIMO天线系统的S-参数图；
图4为图1中的基于金属框的5G MIMO天线系统的总效率随频率变化的曲线图。
标号说明：
1、天线辐射单元；2、金属框；11、支架；12、第一天线分支；13、第二天线分支；14、馈电结构；121、第一辐射部；122、第二辐射部；123、第三辐射部；131、第四辐射部；132、第五辐射部；133、第六辐射部；141、主馈分支；142、第一馈线分支；143、第二馈线分支；15、第一匹配元件；16、第二匹配元件；17、第三匹配元件；18、第四匹配元件。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：第一辐射部的长度小于第四辐射部的长度，第三辐射部的长度小于第六辐射部的长度，可使第一天线分支和第二天线分支产生不同的谐振频率，工作在不同的频段；在第一馈线分支和第二馈线分支上分别设置匹配元件，使天线结构的分支可以单独进行匹配，可以减小分支之间相互耦合的影响。
请参照图1以及图2，一种基于金属框的5G MIMO天线系统，包括至少八个的间隔设置的天线辐射单元1，所述天线辐射单元1包括支架11和设置于所述支架11上的天线结构，所述天线辐射单元1靠近金属框2的内侧壁设置；所述天线结构包括馈电结构14、U形的第一天线分支12和U形的第二天线分支13，所述第一天线分支12包括依次连接的第一辐射部121、第二辐射部122和第三辐射部123，所述第二天线分支13包括依次连接的第四辐射部131、第五辐射部132和第六辐射部133，所述第一辐射部121远离第二辐射部122的一端与第四辐射部131远离第五辐射部132的一端连接，且所述第一辐射部121的长度小于第四辐射部131的长度，所述第三辐射部123的长度小于第六辐射部133的长度；所述馈电结构14包括主馈分支141、第一馈线分支142和第二馈线分支143，所述主馈分支141分别与所述第一馈线分支142和第二馈线分支143连接，所述第一馈线分支142远离主馈分支141的一端与第一辐射部121连接，所述第二馈线分支143远离主馈分支141的一端与第四辐射部131连接，所述第一馈线分支142上设有第一匹配元件15，所述第二馈线分支143上分别设有第二匹配元件16、第三匹配元件17和第四匹配元件18，所述第一匹配元件15与第二匹配元件16组成双工器结构，所述第三匹配元件17和第四匹配元件18组成滤波器结构。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：第一天线分支的长度与第二天线分支的长度不同，可使第一天线分支和第二天线分支产生不同的谐振频率，工作在不同的频段；在第一馈线分支和第二馈线分支上分别设置匹配元件，第三匹配元件和第四匹配元件组成的滤波器结构在扩宽第二天线分支的带宽的同时，不会影响第一天线分支的谐振，第一匹配元件和第二匹配元件组成的双工器结构可以将第一天线分支和第二天线分支产生的谐振整合在一起，且互不影响。本发明的天线结构的分支可以单独进行匹配，可以减小分支之间相互耦合的影响，并且不需要在金属框上开设缝隙即可效覆盖6GHz以下的两个频段，使用方便。
进一步的，还包括PCB板，所述PCB板上设有馈电部和第一接地部，所述金属框2上设有第二接地部，所述主馈分支141与馈电部连接，所述第一接地部与第二接地部连接。
进一步的，所述滤波器结构为带阻滤波器或带通滤波器。
由上述描述可知，通过第三匹配元件17和第四匹配元件18组成带阻滤波器或带通滤波器，可以扩宽第一天线分支12产生的谐振的带宽，并且，不会影响第二天线分支13产生的谐振。
进一步的，所述第一匹配元件、第二匹配元件、第三匹配元件和第四匹配元件均为电感组件或电容组件。
由上述描述可知，可以根据需要选择电容或者电感作为匹配元件。
进一步的，所述主馈分支141、第一馈线分支142和第二馈线分支143形成T形结构。
进一步的，所述第一天线分支12的工作频率范围是4.8GHz～5GHz，所述第二天线分支13的工作频率范围是3.4GHz～3.6GHz。
由上述描述可知，所述天线结构可效覆盖6GHz以下的两个频段，满足5G通信的需求。
进一步的，所述金属框2的形状为矩形，所述天线辐射单元1靠近金属框2的长边所在的内侧壁设置。
进一步的，所述金属框2为手机外壳。
由上述描述可知，所述MIMO天线系统适用于金属框2手机，不用开设缝隙即可满足天线性能需求。
请参照图1至图4，本发明的实施例一为：
如图1所示的一种基于金属框的5G MIMO天线系统，包括至少八个的间隔设置的天线辐射单元1，所述天线辐射单元1包括支架11和设置于所述支架11上的天线结构，所述天线辐射单元1靠近金属框2的内侧壁设置。所述金属框2的形状为矩形，所述天线辐射单元1靠近金属框2的长边所在的内侧壁设置。本实施例的金属框2可以为手机外壳，当然也可以是其他的具备金属外壳的电子设备，当金属框2为手机外壳时，天线辐射单元1靠近手机外壳两侧边的内侧壁设置。
如图2所示，所述天线结构包括馈电结构14、U形的第一天线分支12和U形的第二天线分支13，所述第一天线分支12包括依次连接的第一辐射部121、第二辐射部122和第三辐射部123，所述第二天线分支13包括依次连接的第四辐射部131、第五辐射部132和第六辐射部133，所述第一辐射部121远离第二辐射部122的一端与第四辐射部131远离第五辐射部132的一端连接，且所述第一辐射部121的长度小于第四辐射部131的长度，所述第三辐射部123的长度小于第六辐射部133的长度。所述馈电结构14包括主馈分支141、第一馈线分支142和第二馈线分支143，所述主馈分支141分别与所述第一馈线分支142和第二馈线分支143连接，本实施例中，所述主馈分支141、第一馈线分支142和第二馈线分支143形成T形结构。所述第一馈线分支142远离主馈分支141的一端与第一辐射部121连接，所述第二馈线分支143远离主馈分支141的一端与第四辐射部131连接。第一馈线分支142与第一辐射部121连接的位置靠近第四辐射部131，第二馈线分支143与第四辐射部131连接的位置靠近第一辐射部121。所述第一馈线分支142上设有第一匹配元件15，所述第二馈线分支143上分别设有第二匹配元件16、第三匹配元件17和第四匹配元件18，所述第一匹配元件15与第二匹配元件16组成双工器结构，所述第三匹配元件17和第四匹配元件18组成滤波器结构。所述第一匹配元件15、第二匹配元件16、第三匹配元件17和第四匹配元件18均为电感组件或电容组件，即，可以根据需要选择合适的电感组件或电容组件作为匹配元件。所述滤波器结构可以为带阻滤波器或带通滤波器。本实施例中，还包括PCB板，所述PCB板上设有馈电部和第一接地部，所述金属框2上设有第二接地部，所述主馈分支141与馈电部连接，所述第一接地部与第二接地部连接。
如图3所示，为8×8MIMO天线系统的S-参数图，从图中可以看出该MIMO天线系统具有双谐振的特性，工作频率范围分别是4.8GHz～5GHz和3.4GHz～3.6GHz，并且天线反射系数均优于6dB，天线辐射单元之间的隔离度均好于12dB。4.8GHz～5GHz的工作频率由第一天线分支谐振产生，3.4GHz～3.6GHz的工作频率由第二天线分支谐振产生。
如图4所示，为图3中的MIMO天线系统的总效率随频率变化的曲线图，从图中可以看出，3.4GHz～3.6GHz频率范围的总效率好于60％，4.8GHz～5GHz频率范围的总效率好于70％。
从图3和图4中可以得出，本实施例的MIMO天线系统可以完全满足6GHz以下的5G 8×8MIMO天线系统在金属框手机中的使用要求。
综上所述，本发明提供的一种基于金属框的5G MIMO天线系统，其结构简单，使用方便，不需要在金属框上开设缝隙即可完全满足6GHz以下的5G 8×8MIMO天线系统在金属框手机中的使用要求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于金属框的5G MIMO天线系统，包括至少八个的间隔设置的天线辐射单元，所述天线辐射单元包括支架和设置于所述支架上的天线结构，其特征在于，所述天线辐射单元靠近金属框的内侧壁设置；所述天线结构包括馈电结构、U形的第一天线分支和U形的第二天线分支，所述第一天线分支包括依次连接的第一辐射部、第二辐射部和第三辐射部，所述第二天线分支包括依次连接的第四辐射部、第五辐射部和第六辐射部，所述第一辐射部远离第二辐射部的一端与第四辐射部远离第五辐射部的一端连接，且所述第一辐射部的长度小于第四辐射部的长度，所述第三辐射部的长度小于第六辐射部的长度；所述馈电结构包括主馈分支、第一馈线分支和第二馈线分支，所述主馈分支分别与所述第一馈线分支和第二馈线分支连接，所述第一馈线分支远离主馈分支的一端与第一辐射部连接，所述第二馈线分支远离主馈分支的一端与第四辐射部连接，所述第一馈线分支上设有第一匹配元件，所述第二馈线分支上分别设有第二匹配元件、第三匹配元件和第四匹配元件，所述第一匹配元件与第二匹配元件组成双工器结构，所述第三匹配元件和第四匹配元件组成滤波器结构。
2.根据权利要求1所述的基于金属框的5G MIMO天线系统，其特征在于，还包括PCB板，所述PCB板上设有馈电部和第一接地部，所述金属框上设有第二接地部，所述主馈分支与馈电部连接，所述第一接地部与第二接地部连接。
3.根据权利要求1所述的基于金属框的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述滤波器结构为带阻滤波器或带通滤波器。
4.根据权利要求1所述的基于金属框的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述第一匹配元件、第二匹配元件、第三匹配元件和第四匹配元件均为电感组件或电容组件。
5.根据权利要求1所述的基于金属框的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述主馈分支、第一馈线分支和第二馈线分支形成T形结构。
6.根据权利要求1所述的基于金属框的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述第一天线分支的工作频率范围是4.8GHz～5GHz，所述第二天线分支的工作频率范围是3.4GHz～3.6GHz。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的基于金属框的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述金属框的形状为矩形，所述天线辐射单元靠近金属框的长边所在的内侧壁设置。
8.根据权利要求1至6任意一项所述的基于金属框的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述金属框为手机外壳。
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