CN111641040A - 一种具有自解耦合特性的双端口移动终端天线 - Google Patents

Abstract

本发明属于天线技术领域，公开了一种具有自解耦合特性的双端口馈电的移动终端天线，两个馈电端口同时激励一个辐射体；所述自解耦天线为具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，由辐射体，第一端口馈电网络和第二端口馈电网络构成；金属地板代表终端内部电路板印刷在介质板的背面；辐射体和第一端口馈电网络和第二端口馈电网络印刷在介质板正面。本发明的天线不仅可以单独作为天线使用，而且可以组成MIMO天线系统，在使用较少的天线辐射体的情况下，可以实现更多端口的MIMO天线系统，在有限空间内实现高性能的多天线系统。

Description

一种具有自解耦合特性的双端口移动终端天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种具有自解耦合特性的双端口移动终端天线。

背景技术

目前，随着无线电通信技术的迅猛发展，人类的物质和精神生活实现了质的飞跃。人们迫切地需要更大的信道传输容量和更快的信息传输速率，然而，由于现有的频谱资源已经越来越稀缺，这将严重阻碍无限电通信技术的发展。传统的SISO(single inputsingle output)已经无法进一步契合人们的需求。于是MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术脱颖而出。MIMO技术不再采用传统的单个天线，而是在无线电通信系统收发两端采用多副天线来收发信号，因此可以在不增加带宽的基础上，有效地提高通信系统的信道传输容量和信息传输速率。顾名思义，MIMO技术不再采用传统的单个天线，而是在无线电通信系统收发两端采用多副天线来收发信号，因此可以在不增加带宽的基础上，有效地提高通信系统的信道传输容量和信息传输速率。

天线作为无线电通信系统的基石，其性能的优劣直接影响了无线电通信系统的质量。然而由于人们对手持移动终端高屏占比和多功能化的需求，预留给天线的空间越来越小，这给设计高性能的移动终端天线带来了前所未有的挑战。在移动终端常见的天线类型有单极子天线，IFA/PIFA天线，环天线和缝天线。单极子天线(Monopole Antenna)是一种常见的天线类型，其结构简单，便于设计与加工。单极子天线由半波偶极子天线变换而来，因为其依赖地板参与辐射，天线仅能在地板的上半空间辐射，因此单极子天线的辐射功率仅为偶极子天线的一半。为了将天线放置于移动终端的内部，通常将单极子天线进行弯折，来降低天线剖面高度，目前在终端设配中，单极子天线通常使用印刷在系统电路板上的微带线结构来实现。IFA天线(InvertedF-shaped Antenna)由于其剖面低，结构简单，易于匹配，是目前移动终端设备中一种最常见的天线类型。IFA天线为了降低天线高度，将单极子天线弯折90°，得到L天线，其长度依然为四分之一波长。由于倒L天线上半部分平行于地板，天线的分布式容性增加，为了令天线易于谐振，在天线馈电点附近添加倒L形枝节，将枝节的一端与地板直接相连，引入分布式电感，最终形成目标天线。目前常常将移动终端的金属边框设计为IFA天线的辐射枝节。PIFA天线(Planar Inverted F-shaped Antenna)即为平面倒F天线，PIFA天线由IFA天线演变而来，因为IFA天线的辐射枝节和接地枝节的宽度较窄，因而天线的分布电感较大，分布电容较小，天线的Q值较高。当天线Q值高时，能量不易辐射出去，导致天线的工作带宽较窄。因此将天线的辐射枝节加宽为一个平行于地板的平面，以提高天线的分布式电容，降低Q值，改善天线的工作带宽。然而由于目前移动终端内留给天线的空间越来越小，而PIFA天线的辐射体需要距离地板一定高度，才能拥有较好的工作带宽，目前PIFA天线已经很少被应用于现今的移动终端内。

环形天线和缝天线也是终端设备中常用的天线类型。环形天线可以看成是将单极子天线的开路端接地而来，环形天线结构和地板边缘之间构成了一个金属环的结构。而缝天线则是在系统的地板上开缝并且通过微带线进行耦合馈电。环形天线和缝天线可以产生多个谐振模式来实现多频段的覆盖，在移动终端设备中，通常将金属边框设计为环天线的一部分，而将金属边框与地板之间的缝隙设计成缝天线。在紧凑的空间内部署多个天线，最具有挑战的就是，由于各个天线间距过窄，存在强烈的互耦，会严重影响天线的性能，从而影响整个通信系统的质量。故在紧凑的空间内设计MIMO天线，并保证天线间良好的隔离度，是当下的研究热点。

现有技术一提出了一种中和线去耦技术，其原理是在MIMO天线中引入一条最优化的金属细线将两天线单元连接起来，摘取天线上的部分电流，令原有的耦合电流与新引入的耦合电流相位相反，幅度相同，两电流相互抵消，实现去耦合目的，缺点在于如何精确选择中和线的位置以及尺寸，且添加中和线经常会影响天线的阻抗匹配，需要调整天线结构令其重新匹配。

现有技术二介绍了一种由集总元件组成的去耦网络，其适用于任意双单元MIMO天线。去耦网络由串联电纳和并联电纳组成，通过该网络对原有天线阵列阻抗变换，达到去耦合的目的。

现有技术三中，通过将四分之一模式基片集成的波导天线和两个开口槽相结合，可以在17×17×6〖mm〗^3的小体积内实现在3.5GHz频段工作的紧凑型三极化天线模块。由于正交极化特性，模块中的三个天线能够具有良好的阻抗匹配和天线之间的低互耦。通过集成四个这样的三极化模块，可为智能手机应用设计12天线MIMO阵列。

现有技术四中提供的多天线系统及移动终端，通过在相邻两个天线单元间设置带有电感元件的中和线，可以显著地提高两个天线之间的隔离度，从而降低天线单元之间的互耦干扰，提高天线性能。

综上所述，大多数去耦合方法均需要添加额外的去耦结构，现有技术引入中和线和去耦网络等解耦，但是额外的去耦结构增加MIMO天线设计的复杂度，不利于天线的进一步小型化，同时去耦合结构的加入常常会对原天线的阻抗匹配产生影响。就算不引入额外的去耦结构，现有技术利用天线的极化正交的特点，分别用不同的端口去激励不同极化的电流，但是此类天线结构比较大而且结构对称，而目前一般的终端设备内部集成的部件众多，结构复杂，留给天线的净空很小，很难应用此类天线。现有技术为抑制移动终端平台上的天线之间的互耦，采用多种方法进行处理，如：中和线方法、去耦合网络，均可有效的抑制互耦，但是要额外的占用空间，不利于终端系统小型化。

通过上述分析，现有移动终端天线技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有技术引入中和线或利用去耦网络解耦，增加MIMO天线设计的复杂度，不利于天线的进一步小型化，同时去耦合结构的加入常常会对原天线的阻抗匹配产生影响。

(2)现有技术利用天线的极化正交的特点，分别用不同的端口去激励不同极化的电流。但是此类天线结构比较大而且结构对称，而目前一般的终端设备内部集成的部件众多，结构复杂，留给天线的净空很小，很难应用此类天线。

(3)现有技术对于移动终端平台，天线一般是一个天线辐射体一个端口。

解决以上问题及缺陷的难度为：解决上述问题及缺陷的主要难处在于在一个天线辐射体上设计多个端口很难保证端口之间的隔离度，倘若利用极化正交等技术，天线结构比较大很难应用到终端设备中。利用额外的去耦合结构不仅增加MIMO天线设计的复杂度，不利于天线的进一步小型化，而且去耦合结构的加入常常会对原天线的阻抗匹配产生影响。

解决以上问题及缺陷的意义为：若多个馈电端口同时激励一个辐射体，无需添加任何额外的去耦合结构，即可以在两个馈电端口间距极小的情况下，保证端口间出色的隔离度，且其结构十分简单，有利于移动终端设备的小型化，就可以广泛的应用于目前移动终端天线设计中。且多端口馈电的天线不仅可以单独作为天线使用，而且可以组成MIMO天线系统，在使用较少的天线辐射体的情况下，可以实现更多端口的MIMO天线系统，在有限空间内实现高性能的多天线系统。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有自解耦合特性的双端口移动终端天线

本发明是这样实现的，一种具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，所述具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，两个馈电端口同时激励一个辐射体；

所述自解耦天线为具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，由辐射体，第一端口馈电网络和第二端口馈电网络构成；金属地板代表终端内部电路板印刷在介质板的背面；辐射体和第一端口馈电网络和第二端口馈电网络印刷在介质板正面。

进一步，所述具有自解耦合特性的双端口移动终端天线为倒F型天线。

进一步，所述倒F型天线尺寸为0.38λ*0.058λ，净空为3mm(0.035λ@3.5GHz)，两个端口间距为14.5mm(0.17λ@3.5GHz)；所述倒F型天线包括倒F型天线辐射体，倒F型天线第一端口馈电网络、倒F型天线第二端口馈电网络；金属地板代表终端内部电路板印刷在介质板的背面；倒F型天线辐射体、倒F型天线第一端口馈电网络和倒F型天线第二端口馈电网络印刷在介质板正面。

进一步，所述倒F型天线第一端口馈电网络由印刷于介质板正面的50欧姆的倒F型天线第一端口馈电微带线141、位于微带线上的LC匹配网络、倒F型天线第一端口馈电点和同轴线构成；所述LC匹配网络的倒F型天线第一端口匹配网络并联电感通过焊盘和金属化过孔接地，倒F型天线第一端口匹配网络串联电容焊接在倒F型天线第一端口馈电微带线上；

同轴线的内芯与倒F型天线第一端口馈电点相连，同轴线外皮焊接在焊盘上，焊盘通过金属化过孔接地。

进一步，所述倒F型天线第二端口馈电网络由印刷于介质板正面的50欧姆的倒F型天线第二端口馈电微带线，位于馈电带上的LC匹配网络，倒F型天线第二端口馈电点和同轴线构成；所述LC匹配网络的倒F型天线第二端口匹配网络并联电容通过焊盘和金属化过孔接地，倒F型天线第二端口匹配网络串联电感焊接在倒F型天线第二端口馈电微带线上；

同轴线内芯与倒F型天线第二端口馈电点相连，同轴线外皮焊接在焊盘上，焊盘通过金属化过孔接地。

本发明的另一目的在于提供一种移动终端天线，所述移动终端天线是双端口馈电的，且两个端口间无需任何额外的去耦合结构就可在两个端口极近的情况下保证出色的隔离度，所述具有自解耦合特性的双端口移动终端天线的倒F型天线辐射体可印刷在手机边框或者做成手机边框的一部分。

本发明的另一目的在于提供一种具有自解耦合特性的双端口移动终端天线。该天线两个馈电带上有匹配网络，作为一个案例本发明采用Γ型匹配网络，其匹配网络也可以是π型和T型结构

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提出的天然去耦合天线，两个馈电端口同时激励一个辐射体，无需添加任何额外的去耦合结构，即可以在两个馈电端口间距极小的情况下，保证端口间出色的隔离度，且其结构十分简单，可以广泛的应用于目前小型化的MIMO移动终端天线设计中。

对于移动终端平台，天线一般是一个天线辐射体一个端口；现有技术基本是利用天线的极化正交的特点，分别用不同的端口去激励不同极化的电流。问题是此类天线结构比较大而且结构对称，而目前一般的终端设备内部集成的部件众多，结构复杂，留给天线的净空很小，很难应用此类天线。

本发明的天线只有一个天线辐射体，但是天线具有两个射频端口且两个端口的间距极近。本发明的天线的辐射体是倒F型结构，而且辐射体形状可形成多种变形的结构，引出的两个射频端口天然具有解耦合特性，端口之间具有较高的隔离度。本发明的天线的辐射体只是一个细长的金属片，特别适用于具有小净空的移动终端设备。本发明的天线因为具有自解耦合特性，不需要引入额外的结构部件来提高天线端口之间的隔离度，有利于移动终端设备的小型化。本发明的天线不仅可以单独作为天线使用，而且可以组成MIMO天线系统，在使用较少的天线辐射体的情况下，可以实现更多端口的MIMO天线系统，在有限空间内实现高性能的多天线系统。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的双端口馈电倒F型天线的结构示意图；

图中；(a)双端口馈电倒F型天线俯视图；(b)双端口馈电倒F型天线主视图；(c)双端口馈电倒F型天线左视图。

图2是本发明实施例提供的倒F型天线第一端口馈电网络的结构示意图；

图中：(a)倒F型天线第一端口馈电网络俯视图；(b)倒F型天线第一端口馈电网络主视图；(c)倒F型天线第一端口馈电网络左视图。

图3是本发明实施例提供的倒F型天线第二端口馈电网络的结构示意图；

图中：(a)倒F型天线第二端口馈电网络俯视图；(b)倒F型天线第二端口馈电网络主视图；(c)倒F型天线第二端口馈电网络左视图。

图4是本发明实施例提供的双端口馈电倒F型天线仿真参数S11，S22，S12的示意图。

图中：11、倒F型天线辐射体；12、介质板；13、金属地板；14、倒F型天线第一端口馈电网络；141、倒F型天线第一端口馈电微带线；142、倒F型天线第一端口匹配网络并联电感；143、倒F型天线第一端口匹配网络串联电容；146、倒F型天线第一端口馈电点；144、焊盘；145、金属化过孔；15、倒F型天线第二端口馈电网络；151、倒F型天线第二端口馈电微带线；152、倒F型天线第二端口匹配网络并联电容；153、倒F型天线第二端口匹配网络串联电感；154、倒F型天线第二端口馈电点；16、同轴线；161、同轴线内芯；162、同轴线外皮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明提供的具有自解耦合特性的双端口移动终端天线为天然去耦合天线，两个馈电端口同时激励一个辐射体，无需添加任何额外的去耦合结构，即可以在两个馈电端口间距极小的情况下，保证端口间出色的隔离度，且其结构十分简单，可以广泛的应用于目前移动终端天线设计中。本发明具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，由辐射体，第一端口馈电网络和第二端口馈电网络构成。金属地板代表终端内部电路板印刷在介质板的背面。辐射体和第一端口馈电网络和第二端口馈电网络印刷在介质板正面。

本发明具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，天线是倒F型结构。具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，天线的辐射体为细长的金属片，可设计在手机边框上或者直接做成手机边框的一部分。具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，辐射体上有两个馈电端口，两个端口之间隔离度很高且馈电端口之间的距离很近。具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，馈电微带线上有LC匹配网络(作为一个案例本发明采用Γ型匹配网络，匹配网络也可以是π型和T型结构)。

本发明实施方案为以往的天线设计都是将谐振调好，再想办法降低天线端口之间的隔离度，而本发明反其道而行之，先将去耦合点调到所需的频段(即先把端口隔离度调好)，再添加匹配电路来调其谐振，通过优化辐射体的尺寸和两个端口间的距离，令原有的耦合电流与由辐射体引入的电流相位相反，幅度相同，达到自解耦的目的。

在其自解耦后，在其馈电带上添加匹配电路调其谐振。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供的倒F型天线尺寸为0.38λ*0.058λ，净空为3mm(0.035λ@3.5GHz)，两个端口间距为14.5mm(0.17λ@3.5GHz)，由倒F型天线辐射体11，倒F型天线第一端口馈电网络14和倒F型天线第二端口馈电网络15构成。金属地板13代表终端内部电路板印刷在介质板12的背面。倒F型天线辐射体11、倒F型天线第一端口馈电网络14和倒F型天线第二端口馈电网络15印刷在倒F型天线介质板12正面。其中倒F型天线辐射体11也可设计在手机边框或者直接做成手机边框的一部分。

如图2所示，倒F型天线第一端口馈电网络14，由印刷于介质板12正面的50欧姆的微带线(即倒F型天线第一端口馈电微带线141)，位于微带线上的LC匹配网络(作为一个案例LC匹配网络可采用Γ型匹配网络，其中倒F型天线第一端口匹配网络并联电感142通过焊盘144和金属化过孔145接地，倒F型天线第一端口匹配网络串联电容143焊接在倒F型天线第一端口馈电微带线141上)，倒F型天线第一端口馈电点146和第一同轴线16构成。其中，同轴线的内芯161与倒F型天线第一端口馈电点146相连，第一同轴线外皮162焊接在焊盘144上，焊盘144通过金属化过孔145接地。

如图3所示，倒F型天线第二端口馈电网络15，由印刷于介质板12正面的50欧姆的微带线(即倒F型天线第二端口馈电微带线151)，位于馈电带上的LC匹配网络(作为一个案例LC匹配网络可采用Γ型匹配网络，其中倒F型天线第二端口匹配网络并联电容152通过焊盘144和金属化过孔145接地，倒F型天线第二端口匹配网络串联电感153焊接在倒F型天线第二端口馈电微带线151上)，倒F型天线第二端口馈电点154和第一同轴线16构成。其中，第一同轴线内芯161与倒F型天线第二端口馈电点154相连，第一同轴线外皮162焊接在焊盘144上，焊盘144通过金属化过孔145接地。

如图4仿真结果所示，天线可以工作在3.4GHz-3.6GHz频段内，且端口之间的隔离度优于-16dB。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，其特征在于，所述具有自解耦合特性的双端口移动终端天线是一种自解耦的天线，两个馈电端口同时激励一个辐射体；

所述自解耦天线为具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，由辐射体，第一端口馈电网络和第二端口馈电网络构成；金属地板代表终端内部电路板印刷在介质板的背面；辐射体和第一端口馈电网络和第二端口馈电网络印刷在介质板正面。

2.如权利要求1所述的具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，其特征在于，所述具有自解耦合特性的双端口移动终端天线为倒F型天线。

3.如权利要求2所述的具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，其特征在于，所述倒F型天线尺寸为0.38λ*0.058λ，净空为3mm(0.035λ@3.5GHz)，两个端口间距为14.5mm(0.17λ@3.5GHz)；

所述倒F型天线包括倒F型天线辐射体，倒F型天线第一端口馈电网络、倒F型天线第二端口馈电网络；金属地板代表终端内部电路板印刷在介质板的背面；倒F型天线辐射体、倒F型天线第一端口馈电网络和倒F型天线第二端口馈电网络印刷在倒F型天线介质板正面。

4.如权利要求3所述的具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，其特征在于，所述倒F型天线第一端口馈电网络由印刷于介质板正面的50欧姆的倒F型天线第一端口馈电微带线141、位于馈电微带线上的LC匹配网络、倒F型天线第一端口馈电点和同轴线构成；所述LC匹配网络的倒F型天线第一端口匹配网络并联电感通过焊盘和金属化过孔接地，倒F型天线第一端口匹配网络串联电容焊接在倒F型天线第一端口馈电微带线上；

同轴线的内芯与倒F型天线第一端口馈电点相连，同轴线外皮焊接在焊盘上，焊盘通过金属化过孔接地。

5.如权利要求3所述的具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，其特征在于，所述倒F型天线第二端口馈电网络由印刷于介质板正面的50欧姆的倒F型天线第二端口馈电微带线，位于馈电微带线上的LC匹配网络，倒F型天线第二端口馈电点和同轴线构成；所述LC匹配网络的倒F型天线第二端口匹配网络并联电容通过焊盘和金属化过孔接地，倒F型天线第二端口匹配网络串联电感焊接在倒F型天线第二端口馈电微带线上；

同轴线内芯与倒F型天线第二端口馈电点相连，同轴线外皮焊接在焊盘上，焊盘通过金属化过孔接地。

6.一种移动终端天线，其特征在于，所述移动终端天线搭载权利要求1～5任意一项所述的具有自解耦合特性的双端口移动终端天线，所述具有自解耦合特性的双端口移动终端天线的倒F型天线辐射体可设计在手机边框或者做成手机边框的一部分。

7.一种移动终端天线，其特征在于，所述移动终端天线搭载权利要求1～5任意一项所述的具有自解耦合特性的双端口移动终端天线。作为一个案例本发明采用Γ型匹配网络，其匹配网络也可以是π型和T型结构。

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