CN109861000A - 紧凑型5g mimo天线系统及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧凑型5G MIMO天线系统及移动终端，天线系统包括天线组件，天线组件包括第一天线单元和第二天线单元，第一天线单元包括第一辐射分支、第一馈电分支和接地分支，第二天线单元包括第二辐射分支、第二馈电分支和接地分支，接地分支位于第一辐射分支和第二辐射分支之间，第一馈电分支靠近所述第一辐射分支远离接地分支的一端设置，第二馈电分支靠近所述第二辐射分支远离接地分支的一端设置。将接地分支设置在第一辐射分支和第二辐射分支之间，使得第一天线单元和第二天线单元共用一个接地分支进行接地，不仅可以提高第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度，并且使得天线组件的整体结构更加紧凑。

Description

紧凑型5G MIMO天线系统及移动终端

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种紧凑型5G MIMO天线系统及移动终端。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，第五代(5G)无线通信系统将在2020年商业化。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。由于6GHz以下具有可操作性强和技术成熟的优点，所以6GHz以下的5G天线系统将被优先使用。

在第四代移动通信(4G)系统中，2×2的多输入多输出(MIMO)天线系统已经被广泛研究并使用在手持移动设备中。根据目前各国的研究结果，5G技术相比目前的4G技术，其峰值速率将增长数十倍，所以，为了达到5G传输速率的要求，四个天线单元的天线系统或更多天线单元的天线系统将被使用，以实现更大的信道容量和更好的通信质量。此外，具有多天线单元的MIMO天线系统可以很好地解决多径衰落问题并提升数据吞吐量。

由于手持设备比如手机的空间有限，因此如何设计出结构紧凑的天线结构将是MIMO天线系统设计中要面临的一个挑战。此外，随着天线数目的增多，如何得到较好的隔离度(比如优于15dB)的MIMO天线系统也将是MIMO天线设计中面临的另外一个挑战。降低天线单元之间的隔离度的问题已经被广泛地研究和讨论过，比如通过在两个相邻天线单元之间加入隔离条、在系统的PCB板上开缝隙、使用解耦网络以及在天线单元之间加入具有隔离效果的中和线等。无论使用上述哪种设计，都会增加天线的复杂程度和设计的难度，同时还会为后期的调试增加难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种紧凑型5G MIMO天线系统及移动终端，占用空间小且天线单元间的隔离度好。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种紧凑型5G MIMO天线系统，包括至少两个的天线组件，所述天线组件包括第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元包括第一辐射分支、第一馈电分支和接地分支，所述第二天线单元包括第二辐射分支、第二馈电分支和接地分支，所述接地分支位于所述第一辐射分支和第二辐射分支之间，所述第一馈电分支靠近所述第一辐射分支远离接地分支的一端设置，所述第二馈电分支靠近所述第二辐射分支远离接地分支的一端设置。

进一步的，所述第一辐射分支和第二辐射分支相对于所述接地分支对称设置。

进一步的，所述第一馈电分支和第二馈电分支相对于所述接地分支对称设置。

进一步的，所述第一辐射分支和第二辐射分支的形状均为倒U形，所述第一馈电分支和第二馈电分支的形状均为长条形。

进一步的，所述第一辐射分支、第二辐射分支、第一馈电分支和第二馈电分支的形状均为弧形。

进一步的，所述第一辐射分支包括依次连接的第一竖直部、第一水平部和第二竖直部，所述第一竖直部、第一水平部和第二竖直部的形状均为长条形，所述第一馈电分支和第二馈电分支的形状也均为长条形。

进一步的，所述天线组件还包括天线支架，所述第一辐射分支、第二辐射分支、接地分支、第一馈电分支和第二馈电分支均位于所述天线支架的同一侧面上。

本发明采用的另一技术方案为：

一种移动终端，包括所述的紧凑型5G MIMO天线系统。

进一步的，还包括PCB板，所述PCB板的形状为矩形，所述天线组件设置于所述PCB板的长边上。

进一步的，所述天线组件的数目为两个，两个的所述天线组件分别位于所述PCB板的长边的中心。

本发明的有益效果在于：将接地分支设置在第一辐射分支和第二辐射分支之间，使得第一天线单元和第二天线单元共用一个接地分支进行接地，不仅可以提高第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度，并且使得天线组件的整体结构更加紧凑。本发明的天线系统的结构简单，天线效率高，使用方便。

附图说明

图1为本发明实施例一的移动终端的结构示意图；

图2为本发明实施例一的移动终端的另一结构示意图；

图3为图1中A处的放大结构示意图；

图4为本发明实施例一的天线组件的侧视图；

图5为图1中的天线系统的S参数图；

图6为本发明实施例一的天线单元的效率图；

图7为本发明实施例一的第一天线单元工作在3.5GHz时的电流分布图；

图8为本发明实施例一的第二天线单元工作在3.5GHz时的电流分布图；

图9为传统天线组件的侧视图；

图10为本发明实施例一的天线组件的另一侧视图；

图11为本发明实施例一的天线系统与传统天线系统的性能对比结果。

标号说明：

1、PCB板；2、天线组件；21、第一辐射分支；211、第一竖直部；212、第一水平部；213、第二竖直部；22、第二辐射分支；23、接地分支；24、第一馈电分支；25、第二馈电分支；26、天线支架；27、微带线。

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：将接地分支设置在第一辐射分支和第二辐射分支之间，不仅可以提高第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度，并且使得天线组件的整体结构更加紧凑。

请参照图1至图4，一种紧凑型5G MIMO天线系统，包括至少两个的天线组件2，所述天线组件2包括第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元包括第一辐射分支21、第一馈电分支24和接地分支23，所述第二天线单元包括第二辐射分支22、第二馈电分支25和接地分支23，所述接地分支23位于所述第一辐射分支21和第二辐射分支22之间，所述第一馈电分支24靠近所述第一辐射分支21远离接地分支23的一端设置，所述第二馈电分支25靠近所述第二辐射分支22远离接地分支23的一端设置。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：将接地分支设置在第一辐射分支和第二辐射分支之间，使得第一天线单元和第二天线单元共用一个接地分支进行接地，不仅可以提高第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度，并且使得天线组件的整体结构更加紧凑，即使第一辐射分支和第二辐射分支靠得很近，其隔离度也很好。本发明的天线系统的结构简单，天线单元间的隔离度好，天线效率高，天线结构紧凑，便于灵活排布在移动终端上。

进一步的，所述第一辐射分支21和第二辐射分支22相对于所述接地分支23对称设置。

进一步的，所述第一馈电分支24和第二馈电分支25相对于所述接地分支23对称设置。

由上述描述可知，第一辐射分支和第二辐射分支对称设置，第一馈电分支和第二馈电分支对称设置，可以使两个相邻天线单元(第一天线单元和第二天线单元)工作在同一频段；当然，根据天线组件的设置位置，可以分别调整第一馈电分支和第二馈电分支的长度，使得第一天线单元和第二天线单元工作在相同的频段且具有较好的隔离度，此时，第一馈电分支和第二馈电分支的长度不一定相同。

进一步的，所述第一辐射分支21和第二辐射分支22的形状均为倒U形，所述第一馈电分支24和第二馈电分支25的形状均为长条形。

进一步的，所述第一辐射分支21、第二辐射分支22、第一馈电分支24和第二馈电分支25的形状均为弧形。

进一步的，所述第一辐射分支21包括依次连接的第一竖直部211、第一水平部212和第二竖直部213，所述第一竖直部211、第一水平部212和第二竖直部213的形状均为长条形，所述第一馈电分支24和第二馈电分支25的形状也均为长条形。

由上述描述可知，第一辐射分支和第二辐射分支的形状可以根据需要进行设置和调整。

进一步的，所述天线组件2还包括天线支架26，所述第一辐射分支21、第二辐射分支22、接地分支23、第一馈电分支24和第二馈电分支25均位于所述天线支架26的同一侧面上。

由上述描述可知，天线支架的材质可以是FR-4介质，也可以是LDS天线的塑料支架。当为FR-4介质时，天线单元为PCB天线；当为塑料支架时，为FPC天线或为LDS天线(LDS天线需要适合镭雕化镀工艺的塑料支架)。

请参照图1及图2，本发明采用的另一技术方案为：

一种移动终端，包括所述的紧凑型5G MIMO天线系统。

由上述描述可知，所述紧凑型5G MIMO天线系统有利于移动终端更灵活地配置多天线系统，且能应用于超薄全面屏移动终端。

进一步的，还包括PCB板1，所述PCB板1的形状为矩形，所述天线组件2设置于所述PCB板1的长边上。

由上述描述可知，天线组件可以设置在长边的两端或者中部。

进一步的，所述天线组件2的数目为两个，两个的所述天线组件2分别位于所述PCB板1的长边的中心。

请参照图1至图11，本发明的实施例一为：

一种移动终端，包括紧凑型5G MIMO天线系统和PCB板1，所述紧凑型5G MIMO天线系统，包括至少两个的天线组件2，所述PCB板1的形状为矩形，所述天线组件2设置于所述PCB板1的长边上。本实施例中，移动终端可以是手机、平板等手持设备。如图1所示，所述天线组件2的数目为两个，两个的所述天线组件2分别位于所述PCB板1的长边的中心。天线组件2的数目还可以根据需要设置更多，如图2所示，天线组件2的数目为四个，此时，天线组件2位于PCB板1的长边的两端。PCB板1的尺寸可以根据需要进行设置，图1中，PCB板1的尺寸为150mm×75mm×0.8mm。

如图3和图4所示，所述天线组件2包括第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元包括第一辐射分支21、第一馈电分支24和接地分支23，所述第二天线单元包括第二辐射分支22、第二馈电分支25和接地分支23，所述天线组件2还包括天线支架26，本实施例中，所述第一辐射分支21、第二辐射分支22、接地分支23、第一馈电分支24和第二馈电分支25均位于所述天线支架26的同一侧面上。所述接地分支23位于所述第一辐射分支21和第二辐射分支22之间，所述第一馈电分支24靠近所述第一辐射分支21远离接地分支23的一端设置，所述第二馈电分支25靠近所述第二辐射分支22远离接地分支23的一端设置。优选的，所述第一辐射分支21和第二辐射分支22相对于所述接地分支23对称设置。如图1所示的天线系统，当天线组件2位于PCB板1的长边的中心时，所述第一馈电分支24和第二馈电分支25也相对于所述接地分支23对称设置。如图2所示的天线系统，当天线组件2位于PCB板1的长边的两端时，为了使第一天线单元和第二天线单元工作在相同的频段且具有较好的隔离度，此时，第一馈电分支24和第二馈电分支25的长度不一定相同，即第一馈电分支24和第二馈电分支25不一定相对于接地分支23对称设置。本实施例中，所述第一辐射分支21包括依次连接的第一竖直部211、第一水平部212和第二竖直部213，所述第一竖直部211、第一水平部212和第二竖直部213的形状均为长条形，所述第一馈电分支24和第二馈电分支25的形状也均为长条形，第二辐射分支22的形状与第一辐射分支21的形状相同。第一馈电分支24可以设置在第一辐射分支21的内侧，也可以在第一辐射分支21的外侧，同理，第二馈电分支25可以设置在第二辐射分支22的内侧，也可以设置在第二辐射分支22的外侧，当设置在内侧时，天线组件2的整体结构更加紧凑。可以在PCB板1上设置微带线27(50欧姆)电连接第一馈电分支24和第二馈电分支25，也可以是同轴连接线，微带线27与馈电分支之间可以通过金属化过孔电气连接。所述天线支架26的材质可以是FR-4介质，也可以是塑料支架。当为FR-4介质时，天线组件2为PCB天线；当为塑料支架时，天线组件2为FPC天线或为LDS天线(LDS天线需要适合镭雕化镀工艺的塑料支架)。

在另一具体实施方式中，所述第一辐射分支21、第二辐射分支22、第一馈电分支24和第二馈电分支25的形状也可以均为弧形。

在另一具体实施方式中，所述第一辐射分支21和第二辐射分支22的可以形状均为倒U形，此时所述第一馈电分支24和第二馈电分支25的形状均为长条形。

如图5所示，图1中的天线系统的S参数图，从图中可以看出，天线系统工作在3.4～3.6GHz时天线单元间的隔离度均优与20dB(由于天线组件具有对称结构，所以只给出了必要的S参数图)。

如图6所示，为天线单元的效率图，从图中可以看出，天线单元在3.4～3.6GHz工作时，天线总效率大于60％。

为了更好地说明该天线组件的两个天线单元之间具有很好隔离度的原因，第一天线单元和第二天线单元工作在3.5GHz的电流分布图分别如图7和图8所示。从图中可以看出，第一天线单元激励时，电流主要集中在第一辐射分支的三个辐射部和接地分支上，很少的电流能够到达第二馈电分支。同时，第二天线单元激励时，也很少有电流到达第一馈电分支。所以，第一天线单元与第二天线单元在距离很近的情况下，依旧具有很好的隔离度。

为了进一步说明本发明天线系统的优越性，图9为传统天线组件的侧视图，两个天线单元的辐射分支分别进行接地；图10为本发明的天线组件的侧视图。图11给出了本发明天线系统与传统天线系统的性能对比结果，此对比是在天线单元工作在相同工作频段，且两个天线单元的馈电点距离相同的情况下给出的。从图9和图10中可以看出，本发明的第一天线单元工作时，电流的路径是第一馈电分支，耦合天线第一竖直部，然后经过第一水平部、第二竖直部，耦合接地分支，形成了一个耦合环形天线。而传统天线的第一天线单元工作时候，电流的路径是由第一馈电分支，耦合天线第一竖直部，然后经过第一水平部和第二竖直部直接回到地(PCB板)。从图11中可以看出，在馈电点距离相同和谐振频率相同时，传统天线的第一天线单元和第二天线单元间的隔离度仅有4dB，而采取本发明的天线方式，第一天线单元和第二天线单元间的隔离度从4dB提升到20dB。且采用本发明的天线结构，可以使第一天线单元和第二天线单元距离很近，使得整机的天线布局的灵活性大大提高。

本实施例只对6GHz以下的工作在3.4～3.6GHz频段的5G MIMO天线系统进行了分析和描述，但是本发明的天线设计原理也可以扩展到其它的5G工作频段以及其它的m×n(m和n均为大于2的整数)MIMO天线系统中。同时，任何对本发明描述的天线系统相关的变形都将在本发明的保护范围之内。

综上所述，本发明提供的一种紧凑型5G MIMO天线系统及移动终端，天线单元的结构简单，相邻天线单元之间的隔离度好，且天线效率高，使用方便。

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 (10)

1.一种紧凑型5G MIMO天线系统，包括至少两个的天线组件，其特征在于，所述天线组件包括第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元包括第一辐射分支、第一馈电分支和接地分支，所述第二天线单元包括第二辐射分支、第二馈电分支和接地分支，所述接地分支位于所述第一辐射分支和第二辐射分支之间，所述第一馈电分支靠近所述第一辐射分支远离接地分支的一端设置，所述第二馈电分支靠近所述第二辐射分支远离接地分支的一端设置。

2.根据权利要求1所述的紧凑型5G MIMO天线系统，其特征在于，所述第一辐射分支和第二辐射分支相对于所述接地分支对称设置。

3.根据权利要求2所述的紧凑型5G MIMO天线系统，其特征在于，所述第一馈电分支和第二馈电分支相对于所述接地分支对称设置。

4.根据权利要求3所述的紧凑型5G MIMO天线系统，其特征在于，所述第一辐射分支和第二辐射分支的形状均为倒U形，所述第一馈电分支和第二馈电分支的形状均为长条形。

5.根据权利要求3所述的紧凑型5G MIMO天线系统，其特征在于，所述第一辐射分支、第二辐射分支、第一馈电分支和第二馈电分支的形状均为弧形。

6.根据权利要求3所述的紧凑型5G MIMO天线系统，其特征在于，所述第一辐射分支包括依次连接的第一竖直部、第一水平部和第二竖直部，所述第一竖直部、第一水平部和第二竖直部的形状均为长条形，所述第一馈电分支和第二馈电分支的形状也均为长条形。

7.根据权利要求1所述的紧凑型5G MIMO天线系统，其特征在于，所述天线组件还包括天线支架，所述第一辐射分支、第二辐射分支、接地分支、第一馈电分支和第二馈电分支均位于所述天线支架的同一侧面上。

8.一种移动终端，其特征在于，包括权利要求1-7任意一项所述的紧凑型5G MIMO天线系统。

9.根据权利要求8所述的移动终端，其特征在于，还包括PCB板，所述PCB板的形状为矩形，所述天线组件设置于所述PCB板的长边上。

10.根据权利要求9所述的移动终端，其特征在于，所述天线组件的数目为两个，两个的所述天线组件分别位于所述PCB板的长边的中心。