CN109546337B - 一种紧凑型5g移动终端mimo天线 - Google Patents

一种紧凑型5g移动终端mimo天线 Download PDF

Info

Publication number
CN109546337B
CN109546337B CN201811346165.9A CN201811346165A CN109546337B CN 109546337 B CN109546337 B CN 109546337B CN 201811346165 A CN201811346165 A CN 201811346165A CN 109546337 B CN109546337 B CN 109546337B
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
antenna unit
unit
iii
decoupling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811346165.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109546337A (zh
Inventor
邓长江
吕昕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN201811346165.9A priority Critical patent/CN109546337B/zh
Publication of CN109546337A publication Critical patent/CN109546337A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109546337B publication Critical patent/CN109546337B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

本发明涉及一种紧凑型5G移动终端MIMO天线，适用于移动通信领域，包括四个天线单元，三个解耦元件以及一个系统地板；四个天线单元线性排列在一起，竖直放置在系统地板的边缘；相邻天线单元间的距离仅为0.01个波长，且跨接有一个集总元件；各天线单元的阻抗通过调整短路点和馈电点位置进行匹配；两个相邻天线单元间的耦合通过引入的集总电感或者电容元件进行解耦；本发明利用集总元件解耦的方法解决了天线单元由于间距过小存在强耦合的问题，实现了四个紧凑型天线单元的解耦。

Description

一种紧凑型5G移动终端MIMO天线
技术领域
本发明属于无线通信技术的天线设计领域，特别涉及一种紧凑型5G移动终端MIMO天线。
背景技术
第五代(5G)移动通信技术可提供高传输速率、高接入密度和低时延等服务。为了实现5G移动通信的目标，MIMO技术是目前公认的最有潜力成倍提高无线信道容量的关键技术。在2015年的世界无线通信大会上，3.5GHz频段(3400-3600MHz)被定为未来5G移动通信的重要商用频段之一。研制工作在3.5GHz频段的移动终端MIMO天线具有重要意义。
然而，移动终端的尺寸较小，可供天线使用的空间相当有限。在移动终端内部集成多个低耦合的天线仍然面临相当大的挑战。为了降低多个天线之间的耦合，学术界已经提出了多种解耦技术，包括改变系统地板的结构、增加寄生分支、增加辐射分支、引入中和线等。这些技术均能有效降低天线间的耦合，但是解耦网络需要额外占用天线空间，不利于天线小型化设计。解耦电路通过使用集总元件搭建解耦网络和匹配网络，也能实现单元间的解耦，但是需要较多的元器件以及占用较大的电路面积。除此之外，利用移动终端内部存在的正交模式设计多天线也受到了较多的关注。这种方法不需要解耦，天线间距也可能很近，只需要在合适的位置添加激励，模式的正交使得天线端口间的耦合非常小。然而，移动终端可供利用的模式相对较少，目前被报道的紧密放置的MIMO天线均只有两个单元。当需要将多个天线单元紧密放置在一起时，这种方法不再适用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种紧凑型5G移动终端MIMO天线，其天线结构紧凑、单元尺寸小、单元间距近。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种紧凑型5G移动终端MIMO天线，包括天线单元一1、天线单元二2、天线单元三3、天线单元四4、解耦元件一5、解耦元件二6、解耦元件三7以及系统地板8；
天线单元一1、天线单元二2、天线单元三3和天线单元四4依次垂直放置在系统地板8的边缘；
解耦元件一5跨接在天线单元一1和天线单元二2上，解耦元件二6跨接在天线单元二2和天线单元三3上，解耦元件三7跨接在天线单元三3和天线单元四4上。
所述天线单元一1、天线单元二2、天线单元三3和天线单元四4印刷在同一块介质板上，且位于介质板的同一侧，相邻两个单元的距离为1mm。
所述天线单元一1、天线单元二2、天线单元三3和天线单元四4位于同一个平面内，该平面与系统地板8垂直相交，且交线为系统地板8的长边边缘。
所述天线单元一1和天线单元四4的尺寸相同，且两者关于中垂线镜像对称；所述天线单元二2和天线单元三3的尺寸相同，且两者关于中垂线镜像对称。
所述天线单元一1、天线单元二2、天线单元三3和天线单元四4从短路点到开路点的长度均为四分之一介质波长。
所述天线单元一1和天线单元四4的形状为90度倒置的“F”形，该形状的一条竖直臂与系统地板8相连，另一条竖直臂与馈电端口相连；天线单元一1和天线单元四4的水平臂一端连接所述的两条竖直臂，另一端连接一个L形的延伸臂，延伸臂与两条竖直臂位于同水平臂的侧且延伸臂的水平边朝向两条竖直臂。
所述天线单元二2和天线单元三3的形状为90度倒置的“L”形，该形状的竖直臂与系统地板8相连。天线单元二2和天线单元三3的水平臂的一端与其竖直臂连接，另一端连接一个竖直的延伸臂，且该延伸臂与竖直臂位于水平臂的同侧
所述天线单元一1和天线单元四4为直接馈电，通过调节短路点的位置和长度实现端口的阻抗匹配；所述天线单元二2和天线单元三3为耦合馈电，通过调节耦合馈线的长度和改变馈线与天线单元的耦合量，从而实现端口的阻抗匹配。
所述解耦元件一5和解耦元件三7为集总电感元件，且两者的电感值相等；解耦元件二6为集总电容元件。
所过改变解耦元件一5、解耦元件二6和解耦元件三7的值来调整耦合量的大小，使得引入的耦合与之前的耦合强度相等，相位相差180°，从而实现端口的解耦。
所述天线单元一1、天线单元二2、天线单元三3、天线单元四4、解耦元件一5、解耦元件二6和解耦元件三7构成一个四单元模型，沿着系统地板8的长边中心点镜像放置两个所述四单元模型，或沿着系统地板8的短边中垂线对称放置两个所述四单元模型；或从所述四单元模型中选取天线单元一1和天线单元四4，或者选取天线单元二2和天线单元三3，构成一对双天线，并将双天线沿长边放置在系统地板8的四个角落以扩展成为八单元模型。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)天线竖直放置在系统地板的边缘，与系统地板的水平距离为0，适用于窄边框设计。
2)天线结构紧凑，单元间距非常小，解耦元件几乎不占用天线尺寸。
3)首次实现了四个紧密排列的天线单元的解耦，且可扩展到六个单元及更多单元的解耦。
附图说明
图1为本发明优选实施例的三维结构图。
图2为具体实施方式中MIMO天线的侧视图。
图3为具体实施方式中MIMO天线的S参数曲线。
图4为具体实施方式中MIMO天线的辐射效率。
图5为具体实施方式中MIMO天线的第一种八单元扩展模型。
图6为具体实施方式中MIMO天线的第二种八单元扩展模型。
图7为具体实施方式中MIMO天线的第三种八单元扩展模型。
图8为具体实施方式中MIMO天线的第四种八单元扩展模型。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
作为本发明的一种优选实施例，本发明所述MIMO天线的三维结构图如图1所示。本实施例包括天线单元一1、天线单元二2、天线单元三3、天线单元四4、解耦元件5、解耦元件6、解耦元件7以及系统地板8。
天线单元一1、天线单元二2、天线单元三3和天线单元四4依次印刷在同一块介质板上，且位于介质板的同一侧。介质板为低成本的FR4板材，厚度为0.8mm，相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02。系统地板8的尺寸为140×70mm2，为当前主流的手机尺寸。四个天线单元所在的平面与系统地板8正交，且交线为系统地板8的长边。天线单元四4与系统地板8的短边的距离为20mm。四个天线单元总的面积为37.8×4mm2。
解耦元件一5跨接在天线单元一1和天线单元二2上，解耦元件二6跨接在天线单元二2和天线单元三3上，解耦元件三7跨接在天线单元三3和天线单元四4上。
本实施例的天线侧视图如图2所示。四个天线单元关于对称面镜像对称。天线单元一1和天线单元四4的尺寸相同，均为8.9×4mm2，单元形状为倒置90°的“F”形，该形状通过短路点1a或者4a与系统地板8相连，通过馈电端口1b或者4b与同轴馈线相连。天线单元二2和天线单元三3的尺寸相同，均为8.5×4mm2，单元形状为倒置90°的“L”形，该形状通过短路点2a或者3a与系统地板8相连，通过耦合线馈入能量。馈电端口2b或者3b与同轴馈线相连。任意两个相邻单元的距离仅为1mm，相邻单元间放置一个解耦元件，其中，单元1和天线单元二2之间的解耦元件为集总电感，电感值为22nH，单元2和天线单元三3之间的解耦元件为集总电容，电容值为0.5pf，单元3和天线单元四4之间的解耦元件为集总电感，电感值为22nH。
本实施例的中心工作频率选定为3.5GHz，工作带宽为3400-3600MHz，该频段为5G移动通信在6GHz以下的主要频段。
本发明的技术方案是这样实现的：首先是实现各个天线单元的阻抗匹配。这四个天线单元从短路点到开路点的长度均为四分之一介质波长，因此工作在0.25波长模式。根据短路点和馈电点的位置，这四个天线单元可分为两组：直接馈电和耦合馈电。天线单元一1和天线单元四4为直接馈电，可通过调节短路点的位置和长度实现端口的阻抗匹配。天线单元二2和天线单元三3为耦合馈电，可通过调节耦合馈线的长度和改变馈线与天线单元的耦合量，从而实现端口的阻抗匹配。之后是实现各个天线单元的端口解耦。由于相邻天线间的距离仅为1mm，约为0.01波长，相邻天线间存在非常强的耦合。为了实现各个天线的解耦，本发明通过引入集总元件构建新的耦合路径，并通过改变集总元件的值来调整耦合量的大小，使得引入的耦合与之前的耦合强度相等，相位相差180°，从而实现端口的解耦。
图3为本实施例MIMO天线仿真的S参数。四个天线均谐振在3.5GHz，且四条反射系数曲线重合较好。四个端口均满足反射系数小于-6dB的带宽约为180MHz(3410-3590MHz)。任意两个端口间的隔离度均在-12dB以下，表明这四个天线实现了较好的解耦。
图4为本实施例MIMO天线仿真的辐射效率。四个天线的辐射效率曲线一致性较好，在3400-3600MHz的频段范围内，辐射效率在37％到51％之间波动。
基于本发明的解耦方法，图5到图8对本实施例进行了多种扩展，这些扩展均在移动终端内集成了八个天线单元。图5和图6包含了两组本实施例的四单元模型，其中图5将四单元模型沿着系统地板的长边中心点镜像放置，图6将四单元模型放置在统地板的另一长边上。图7和图8分别从本实施例的四单元模型中选取了两个单元，构成一对双天线，并将双天线沿长边放置在系统地板的四个角落以扩展成为八单元模型。其中图7选择了一对倒“F”形的天线单元，图8选择了一对倒“L”形的天线单元。由于系统地板的尺寸为140×70mm2，长边和宽边均大于0.5波长，因此这四种扩展模型均能实现八个天线单元的解耦。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限定，凡是在本发明权利要求范围内所作的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种紧凑型5G移动终端MIMO天线，其特征在于，包括天线单元一(1)、天线单元二(2)、天线单元三(3)、天线单元四(4)、解耦元件一(5)、解耦元件二(6)、解耦元件三(7)以及系统地板(8)；
天线单元一(1)、天线单元二(2)、天线单元三(3)和天线单元四(4)依次垂直放置在系统地板(8)的边缘，所述天线单元一(1)和天线单元四(4)的形状为90度倒置的“F”形，该形状的一条竖直臂与系统地板(8)相连，另一条竖直臂与馈电端口相连；所述天线单元二(2)和天线单元三(3)的形状为90度倒置的“L”形，该形状的竖直臂与系统地板(8)相连；
解耦元件一(5)跨接在天线单元一(1)和天线单元二(2)上，解耦元件二(6)跨接在天线单元二(2)和天线单元三(3)上，解耦元件三(7)跨接在天线单元三(3)和天线单元四(4)上，所述解耦元件一(5)和解耦元件三(7)为集总电感元件，且两者的电感值相等；解耦元件二(6)为集总电容元件。
2.根据权利要求1所述紧凑型5G移动终端MIMO天线，其特征在于，所述天线单元一(1)、天线单元二(2)、天线单元三(3)和天线单元四(4)印刷在同一块介质板上，且位于介质板的同一侧，相邻两个单元的距离为1mm。
3.根据权利要求1所述紧凑型5G移动终端MIMO天线，其特征在于，所述天线单元一(1)、天线单元二(2)、天线单元三(3)和天线单元四(4)位于同一个平面内，该平面与系统地板(8)垂直相交，且交线为系统地板(8)的长边边缘。
4.根据权利要求1所述紧凑型5G移动终端MIMO天线，其特征在于，所述天线单元一(1)和天线单元四(4)的尺寸相同，且两者关于中垂线镜像对称；所述天线单元二(2)和天线单元三(3)的尺寸相同，且两者关于中垂线镜像对称。
5.根据权利要求1所述紧凑型5G移动终端MIMO天线，其特征在于，所述天线单元一(1)、天线单元二(2)、天线单元三(3)和天线单元四(4)从短路点到开路点的长度均为四分之一介质波长。
6.根据权利要求1所述紧凑型5G移动终端MIMO天线，其特征在于，所述天线单元一(1)和天线单元四(4)为直接馈电，通过调节短路点的位置和长度实现端口的阻抗匹配；所述天线单元二(2)和天线单元三(3)为耦合馈电，通过调节耦合馈线的长度和改变馈线与天线单元的耦合量，从而实现端口的阻抗匹配。
7.根据权利要求1所述紧凑型5G移动终端MIMO天线，其特征在于，通过改变解耦元件一(5)、解耦元件二(6)和解耦元件三(7)的值来调整耦合量的大小，使得引入的耦合与之前的耦合强度相等，相位相差180°，从而实现端口的解耦。
8.根据权利要求1所述紧凑型5G移动终端MIMO天线，其特征在于，所述天线单元一(1)、天线单元二(2)、天线单元三(3)、天线单元四(4)、解耦元件一(5)、解耦元件二(6)和解耦元件三(7)构成一个四单元模型，沿着系统地板(8)的长边中心点镜像放置两个所述四单元模型，或沿着系统地板(8)的短边中垂线对称放置两个所述四单元模型；或从所述四单元模型中选取天线单元一(1)和天线单元四(4)，或者选取天线单元二(2)和天线单元三(3)，构成一对双天线，并将双天线沿长边放置在系统地板(8)的四个角落以扩展成为八单元模型。
CN201811346165.9A 2018-11-13 2018-11-13 一种紧凑型5g移动终端mimo天线 Active CN109546337B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811346165.9A CN109546337B (zh) 2018-11-13 2018-11-13 一种紧凑型5g移动终端mimo天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811346165.9A CN109546337B (zh) 2018-11-13 2018-11-13 一种紧凑型5g移动终端mimo天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109546337A CN109546337A (zh) 2019-03-29
CN109546337B true CN109546337B (zh) 2020-11-10

Family

ID=65847233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811346165.9A Active CN109546337B (zh) 2018-11-13 2018-11-13 一种紧凑型5g移动终端mimo天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109546337B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110137664B (zh) * 2019-05-08 2020-06-23 清华大学 一种双天线集成的宽带5g mimo终端天线
CN110350312B (zh) * 2019-07-04 2020-08-25 北京理工大学 一种基于电路解耦的5g移动终端mimo天线
CN113036395B (zh) * 2019-12-09 2023-01-10 深圳市万普拉斯科技有限公司 天线组和通信设备
CN113764888B (zh) * 2021-08-09 2022-07-29 荣耀终端有限公司 天线组合系统及终端设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2416444A2 (en) * 2010-07-15 2012-02-08 Sony Ericsson Mobile Communications AB Multiple-input multiple-output (MIMO) multi-band antennas with a conductive neutralization line for signal decoupling
CN203103510U (zh) * 2012-09-27 2013-07-31 东莞宇龙通信科技有限公司 Mimo天线装置及具有mimo天线装置的通信终端
CN104425891A (zh) * 2013-09-05 2015-03-18 广达电脑股份有限公司 天线模块
CN207677073U (zh) * 2017-11-24 2018-07-31 深圳市信维通信股份有限公司 5g mimo天线系统及手持设备
CN108565543A (zh) * 2018-01-18 2018-09-21 深圳市信维通信股份有限公司 Mimo天线结构及具有该mimo天线结构的手持设备

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170141465A1 (en) * 2015-11-12 2017-05-18 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Integrated microwave-millimeter wave antenna system with isolation enhancement mechanism
TWI593167B (zh) * 2015-12-08 2017-07-21 財團法人工業技術研究院 天線陣列
CN206180086U (zh) * 2016-11-08 2017-05-17 惠州Tcl移动通信有限公司 一种用于移动终端的mimo天线及移动终端
CN108429005B (zh) * 2018-01-31 2020-11-24 西安电子科技大学 一种高隔离度平面10天线mimo系统、5g移动终端
TWM568509U (zh) * 2018-07-12 2018-10-11 明泰科技股份有限公司 具有低姿勢與雙頻高隔離度之天線模組

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2416444A2 (en) * 2010-07-15 2012-02-08 Sony Ericsson Mobile Communications AB Multiple-input multiple-output (MIMO) multi-band antennas with a conductive neutralization line for signal decoupling
CN203103510U (zh) * 2012-09-27 2013-07-31 东莞宇龙通信科技有限公司 Mimo天线装置及具有mimo天线装置的通信终端
CN104425891A (zh) * 2013-09-05 2015-03-18 广达电脑股份有限公司 天线模块
CN207677073U (zh) * 2017-11-24 2018-07-31 深圳市信维通信股份有限公司 5g mimo天线系统及手持设备
CN108565543A (zh) * 2018-01-18 2018-09-21 深圳市信维通信股份有限公司 Mimo天线结构及具有该mimo天线结构的手持设备

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
8-Antenna and 16-Antenna Arrays Using the Quad-antenna Linear Array As a Building Block for the 3.5-GHz LTE MIMO Operation in the Smartphone;Kin-Lu Wong等;《MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS》;20160131;第174-181页 *
小型化MIMO天线的去耦技术研究;冯威;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20180815;第1-4页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109546337A (zh) 2019-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109546337B (zh) 一种紧凑型5g移动终端mimo天线
US9099784B2 (en) Array antenna of mobile terminal and implementing method thereof
CN106469848B (zh) 一种基于双谐振模式的宽带差分贴片天线
CN103367897B (zh) 小型化高隔离度宽频带双极化印刷偶极子天线
WO2016065859A1 (zh) 一种智能天线装置
CN112042054B (zh) 一种天线装置和终端设备
CN109301489B (zh) 一种应用于5g通信的低剖面高隔离度差分双极化缝隙天线
CN113131197B (zh) 一种双极化天线单元及基站天线
CN108879094B (zh) 一种天线阵列及其天线单元
CN111641040A (zh) 一种具有自解耦合特性的双端口移动终端天线
CN108987915A (zh) 一种基于紧耦合技术超宽带双极化柱面天线阵
CN109411882A (zh) 一种用于5g金属边框手机终端的双频天线结构
CN110278012A (zh) 天线校准网络单元、天线校准网络及mimo天线
CN112952369A (zh) 宽带±45°双极化毫米波端射天线及其阵列
CN113363704A (zh) 一种超宽带双槽双极化Vivaldi天线及应用
CN113540780A (zh) 一种宽带双极化折叠电偶极子天线
CN209119331U (zh) 一种用于5g金属边框手机终端的双频天线结构
CN115764261A (zh) 振子馈电装置、通信天线和基站天线
CN213546564U (zh) 基于pifa天线的mimo系统中多天线间隔离的改善结构
CN105048110A (zh) 一种分形镂空设计超宽带双极化天线振子
CN221282364U (zh) 基于地辐射的天线及通信设备
CN112751196A (zh) 紧凑型5g mimo天线模组及移动终端
CN221552159U (zh) 基于地辐射天线单元的mimo天线及通信设备
CN113067134B (zh) 适用于cpe及室内微基站的5g阵列天线
CN118017185B (zh) 一种宽带矩形-脊波导功分转换器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant