CN109904628B - 一种智能终端天线阵列 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种智能终端天线阵列，涉及天线技术领域。本申请公开的智能终端天线阵列包括包括系统电路板、至少一组天线对以及固定天线对的天线支架，每组天线对间隔设置于系统电路板两侧；每组天线对包括馈电单元和与馈电单元相耦合的接地辐射单元，其中，馈电单元固定在系统电路板表面，接地辐射单元与系统电路板垂直且固定在天线支架上，接地辐射单元与系统电路板背面的接地点连接。采用本申请提供的垂直耦合天线对的形式，天线对中两天线交错垂直放置与手机长边处，从而大大减小天线阵列所需主板面积和净空区域。
Description
技术领域
本申请涉及通信天线技术领域，尤其涉及一种智能终端天线阵列。
背景技术
移动通信网络发展至今，已经到达了第四代通信网络(4G)，目前第二代移动通信(2G)/第三代移动通信(3G)主要用于语音通话，4G主要用于数据传输。然而随着人们对网络的要求越来越高，4G的网络速率，可靠性，延时等已经不能满足人们的要求。
相比第四代移动通信技术，第五代移动通信(5G)技术在速率、时延、连接数以及移动性上都将得到极大提升，而5G毫米波具有更好的速率性能。在中国5G毫米波工作频段为24.75-27.5GHz和37-42.5GHz，如果一个宽带天线(带宽大于53％)能同时覆盖这两个频段，将减少天线及接收发组件的数量，有利于5G移动终端的小型化。
随着无线接入技术的发展，人们对于通信速率的需求要求通信系统应该具有更大的信道容量。在频谱宽度和发射功率均不变的情况下，采用多输入-多输出技术的MIMO(Multiple Input Multiple Output)系统，相比于传统的SISO(Single Input SingleOutput)系统，其通信系统的信道容量会大幅提高。因此，在移动终端采用多副天线已成为无线通信领域的流行趋势。
发明内容
本申请提供一种智能终端天线阵列，包括：系统电路板、至少一组天线对以及固定天线对的天线支架，每组天线对间隔设置于系统电路板两侧；每组天线对包括馈电单元和与馈电单元相耦合的接地辐射单元，其中，馈电单元固定在系统电路板表面，接地辐射单元与系统电路板垂直且固定在天线支架上，接地辐射单元与系统电路板背面的接地点连接。
如上的，其中，天线对对称排布在系统电路板两条对称侧边上。
如上的，其中，每组天线对包括第一天线和第二天线，第一天线与第二天线形成耦合环路型天线对。
如上的，其中，第一天线包括第一馈电单元和与第一馈电单元相耦合的第一接地辐射单元；
第一馈电单元包括第一馈电分支和第一辐射体，第一馈电单元平铺设置在系统电路板表面，从第一馈电分支延伸至系统电路板外且垂直于第一馈电分支方向设置方向向右第一辐射体；
在第一辐射体下方平行设置第一接地辐射单元，在第一接地辐射单元右侧的上表面设置垂直于第一接地辐射单元且向系统电路板方向延伸的第一天线枝节，第一天线枝节与系统电路板上的接地点连接。
如上的，其中，第二天线包括第二馈电单元和与第二馈电单元相耦合的第二接地辐射单元；
第二馈电单元包括第二馈电分支和第二辐射体，第二馈电分支平铺设置在系统电路板表面，从第二馈电分支延伸至系统电路板外且垂直于第二馈电分支方向设置方向向左第二辐射体；
在第二辐射体上方平行设置第二接地辐射单元，在第二接地辐射单元的左侧的下表面设置垂直于第二接地辐射单元且向系统电路板方向延伸的第二天线枝节，该第二天线枝节与系统电路板上的接地点连接。
如上的，其中，第二接地辐射单元与第二天线枝节的折点位置在第二辐射体的末端的左侧，且在第一辐射体的右末端与第一天线枝节的折点位置之间。
如上的，其中，第一天线UA用于激励LTE bands42/43，第二天线LA用于激励覆盖LTE band46。
如上的，其中，第二接地辐射单元的上边缘与第一接地辐射单元的下边缘的总高度差为5.4mm。
如上的，其中，第一馈电分支和第二馈电分支的长度均为10mm，且第一馈电分支与第二馈电分支的间距为7mm。
如上的，其中，系统电路板两侧的天线与手机外壳形成长与系统电路板长度相同、宽与天线支架宽度相同的净空区。
本申请实现的有益效果如下：
(1)本申请设计的可用于5G智能终端上的多单元低净空的双频MIMO天线阵列，与大多数需要大天线面积和多净空区域的天线阵列相比，本申请在小天线区域、窄净空(1mm)的情况下实现了多天线单元MIMO天线阵列。
(2)本申请天线工作在3.6GHz～3.8GHz、5.15GHz～5.925Hz频段，实现覆盖整个5GC Band频段；采用垂直耦合天线对的形式，8个天线对两天线交错垂直放置于手机长边处，从而大大减小多单元天线阵列所需主板面积和净空区域；另外，馈线与短路支节耦合减小天线谐振长度，从而实现小型化和宽频域。因此本发明实现了双频多单元、天线面积小、净空区域窄三大特点的5G MIMO天线阵列。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的智能终端天线阵列结构图；
图2为本申请实施例提供的一种天线对结构图；
图3为本申请实施例提供的另一种天线对结构图；
图4为本申请实施例提供的天线尺寸示意图；
图5为在天线频段为LTE bands42/43时MIMO天线回波损耗特性的S-参数图；
图6为在天线频段为LTE bands42/43时MIMO天线隔离度参数图；
图7为在天线频段为LTE bands42/43时MIMO天线包络相关系数图；
图8为在天线频段为LTE bands46时MIMO天线回波损耗特性的S-参数图；
图9为在天线频段为LTE bands46时MIMO天线隔离度参数图；
图10为在天线频段为LTE bands46时MIMO天线包络相关系数图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本申请提供一种智能终端天线阵列，包括系统电路板、至少一组天线对以及固定天线对的天线支架，每组天线对间隔设置于系统电路板两侧；每组天线对包括馈电单元和与馈电单元相耦合的接地辐射单元，其中，馈电单元固定在系统电路板表面，接地辐射单元与系统电路板垂直且固定在天线支架上，接地辐射单元与系统电路板背面的接地点连接。
具体地，本申请中适用的智能终端可以为手机、平板电脑等使用天线的电子设备，其中天线对的数目可依据需求自行设定，如图1所示，以智能终端为手机、天线数量为16端口天线阵列为例来说明，图1为手机天线阵列的正视图，手机天线阵列包括系统电路板110、八组结构相同的天线对(分别为第一天线对121、第二天线对122、第三天线对123、第四天线对124、第五天线对125、第六天线对126、第七天线对127和第八天线对128)以及固定天线对的天线支架130；其中，八组天线对分别排布在系统电路板110的两个侧面，优选地，其中四组天线对设置于系统电路板110的第一侧面，其余四组天线设置在系统电路板的第二侧面，第一侧面与第二侧面对称在以系统电路板110的中心线为中心的系统电路板两端，且第二侧面上的四组天线与第一侧面上的四组天线对称排布，另外每组天线对的馈电分支设置在系统电路板的正面，且每组天线的接地辐射单元连接系统电路板背部的接地点；
例如，当本申请使用的智能终端为手机时，系统电路板110为典型的手机电路板尺寸150*80*1mm，与5.7英寸的智能手机匹配兼容；天线支架优选与系统电路板材质相同，可垂直设置在整个系统电路板边缘也可只垂直设置在系统电路板两长边上，天线支架的尺寸为80*1*7mm，系统电路板两侧的天线与手机外壳形成长与系统电路板长度相同、宽与天线支架宽度相同的净空区，即150*1mm的净空区。
请参阅图2和图3，每组天线对均包括第一天线210(UA)和第二天线220(LA)，第一天线210与第二天线220形成耦合环路型天线对，具体结构如下：
第一天线210包括第一馈电单元211和与第一馈电单元211相耦合的第一接地辐射单元212；第一馈电单元211包括第一馈电分支2111和第一辐射体2112，其中，第一馈电分支2111平铺设置在系统电路板110表面，从第一馈电分支2111延伸至系统电路板110外(优选为第一馈电分支2111的部分天线分支)，且垂直于第一馈电分支2111方向设置方向向右第一辐射体2112；在第一辐射体2112下方平行设置第一接地辐射单元212，在第一接地辐射单元212右侧的上表面设置垂直于第一接地辐射单元212且向系统电路板110方向延伸的第一天线枝节2121，该第一天线枝节2121与系统电路板110背面的接地点连接；优选地，第一接地辐射单元212与第一天线枝节2121的折点位置在第一辐射体2112的末端的右侧；
第二天线220包括第二馈电单元221和与第二馈电单元221相耦合的第二接地辐射单元222；第二馈电单元221包括第二馈电分支2211和第二辐射体2212，其中，第二馈电分支2211平铺设置在系统电路板110表面，从第二馈电分支2211延伸至系统电路板110外(优选为第二馈电分支2211的部分天线分支)，且垂直于第二馈电分支2211方向设置方向向左第二辐射体2212；在第二辐射体2212上方平行设置第二接地辐射单元222，在第二接地辐射单元222的左侧的下表面设置垂直于第二接地辐射单元222且向系统电路板110方向延伸的第二天线枝节2221，该第二天线枝节2221与系统电路板110上的接地点连接；优选地，第二接地辐射单元222与第二天线枝节2221的折点位置在第二辐射体2212的末端的左侧，且在第一辐射体2112的右末端与第一天线枝节2121的折点位置之间。
作为本申请的一个可选实施例，参见图3，第一接地辐射单元为倒置的U型结构，第一辐射体设置在第一接地辐射单元的U型结构内，且在第一接地辐射单元靠近第二天线的末端，垂直于第一接地辐射单元向系统电路板方向延伸，与系统电路板上的接地点连接；第二接地辐射单元为F型结构，第一接地辐射单元的中间拐点到最右端的距离与第二辐射体的长度相同，以此达到最好的耦合程度。
优选地，第一天线UA用于激励LTE bands42/43(3400-3800MHz)，第二天线LA用于激励覆盖LTE band46；请参阅图4(注：为方便描述各天线尺寸，将天线各枝节放在平面上进行描述，各天线枝节实际相对关系参见图2和图3，图4中各尺寸单位为mm)为了实现两个频段的大规模MIMO且增大天线的隔离度，将第一馈电分支和第二馈电分支的长度均为10mm，且第一馈电分支与第二馈电分支的间距为7mm，使得每组天线对之间的隔离度大于10dB；第一辐射体的长度为3.75mm；第一接地辐射单元的各项参数：L1＝2.7、L2＝1.5、L3＝6.5、L4＝2.3；第二辐射体的长度为2.5mm、宽度为0.3mm；第二接地辐射单元的各项参数：L5＝2.3、L6＝5.5、L7＝2.5；
进一步地，由上述天线结构可知，第一接地辐射单元和第二接地辐射单元设置于系统电路板外且垂直于系统电路板，第一接地辐射单元的高度设置为2.7mm，第二接地辐射单元的高度设置为2.3mm，第二接地辐射单元的上边缘与第一接地辐射单元的下边缘的总高度差为5.4mm，极大的减小了手机的厚度，顺应了手机朝着超薄方向发展的趋势；而且，第一辐射体与系统电路板之间、以及第二辐射体与系统电路板之间形成的净空区距离为1mm，大大减小天线所需要的净空区域，使得在极小的天线和净空区域内，天线也有着很好的天线性能以及MIMO特性。
图5、图6和图7分别为在天线频段为LTE bands42/43时的MIMO天线回波损耗特性(S11参数)S-参数图、天线隔离度参数图和天线包络相关系数图，其中，天线工作频率范围为3200-4000MHz之间。图8、图9和图10分别为在天线频段为LTE band46时的MIMO天线回波损耗特性(S11参数)S-参数图、天线隔离度参数图和天线包络相关参数图，其中，天线工作频率范围为4500-6500MHz之间。
本申请针对第五代移动通信系统(5G)智能手机MIMO天线的多单元、小型化技术以及窄净空技术难度，采用垂直耦合天线对形式。天线对采取耦合形式天线，短路支节和馈线相互耦合以减小谐振长度达到小型化目的；另外，短路支节采用宽带技术实现双频的宽频域；最后将8个天线对垂直放置于智能手机两长边，减小16单元天线所占面积，同时天线辐射所需要的净空也大大减小，从而实现了多单元、小型化以及窄净空的5G智能手机双频MIMO天线。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种智能终端天线阵列，其特征在于，包括系统电路板、至少一组天线对以及固定天线对的天线支架，每组天线对间隔设置于系统电路板两侧；每组天线对包括第一天线和第二天线，第一天线与第二天线形成耦合环路型天线对，且第一天线与第二天线均包括馈电单元和与馈电单元相耦合的接地辐射单元，其中，馈电单元固定在系统电路板表面，接地辐射单元与系统电路板垂直且固定在天线支架上，接地辐射单元与系统电路板背面的接地点连接；第一天线的接地辐射单元具有延伸出系统电路板外且位于系统电路板下方的部分，第二天线的接地辐射单元具有延伸出系统电路板外且位于系统电路板上方的部分；
系统电路板两侧的天线与手机外壳形成长与系统电路板长度相同、宽与天线支架宽度相同的净空区；
第一天线UA用于激励LTE bands42/43，工作频率在3400-3800MHz之间；第二天线LA用于激励覆盖LTE band46，工作频率在4500-6500MHz之间。
2.根据权利要求1所述的智能终端天线阵列，其特征在于，天线对对称排布在系统电路板两条对称侧边上。
3.根据权利要求1所述的智能终端天线阵列，其特征在于，第一天线包括第一馈电单元和与第一馈电单元相耦合的第一接地辐射单元；
第一馈电单元包括第一馈电分支和第一辐射体，第一馈电单元平铺设置在系统电路板表面，从第一馈电分支延伸至系统电路板外且垂直于第一馈电分支方向设置方向向右第一辐射体；
在第一辐射体下方平行设置第一接地辐射单元，在第一接地辐射单元右侧的上表面设置垂直于第一接地辐射单元且向系统电路板方向延伸的第一天线枝节，第一天线枝节与系统电路板上的接地点连接。
4.根据权利要求3所述的智能终端天线阵列，其特征在于，第二天线包括第二馈电单元和与第二馈电单元相耦合的第二接地辐射单元；
第二馈电单元包括第二馈电分支和第二辐射体，第二馈电分支平铺设置在系统电路板表面，从第二馈电分支延伸至系统电路板外且垂直于第二馈电分支方向设置方向向左第二辐射体；
在第二辐射体上方平行设置第二接地辐射单元，在第二接地辐射单元的左侧的下表面设置垂直于第二接地辐射单元且向系统电路板方向延伸的第二天线枝节，该第二天线枝节与系统电路板上的接地点连接。
5.根据权利要求4所述的智能终端天线阵列，其特征在于，第二接地辐射单元与第二天线枝节的折点位置在第二辐射体的末端的左侧，且在第一辐射体的右末端与第一天线枝节的折点位置之间。
6.根据权利要求1所述的智能终端天线阵列，其特征在于，第二接地辐射单元的上边缘与第一接地辐射单元的下边缘的总高度差为5.4mm。
7.根据权利要求4所述的智能终端天线阵列，其特征在于，第一馈电分支和第二馈电分支的长度均为10mm，且第一馈电分支与第二馈电分支的间距为7mm。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20240325 Address after: Huaya Waterproof Park, No.16 Laihe Road, Feidong Economic Development Zone, Feidong County, Hefei City, Anhui Province, 231600 Patentee after: Anhui Huiye Communication Equipment Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 230000 Room 203, building 2, phase I, e-commerce Park, Jinggang Road, Shushan Economic Development Zone, Hefei City, Anhui Province Patentee before: Hefei Jiuzhou Longteng scientific and technological achievement transformation Co.,Ltd. Country or region before: China |
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