CN111987440A - 紧凑型自隔离宽带天线及移动终端 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种紧凑型自隔离宽带天线及移动终端，该紧凑型自隔离宽带天线包括介质底板、连接于介质底板侧面的介质侧板、设于介质底板上的金属地板以及设于介质侧板上的天线辐射体。天线辐射体具有中轴线，中轴线将所述天线辐射体分成对称设置的两个天线单元，每个天线单元上均开设有T形槽；介质侧板上还设有电性连接天线辐射体和金属地板的短路枝节。本申请提供的紧凑型自隔离宽带天线及移动终端，通过合理设置T形槽，可以实现该紧凑型天线的宽带辐射性能，相对宽带可以达到78％。另外，通过在介质侧板上设置连接天线辐射体和金属地板的短路枝节，可以使隔离度在整个工作带宽范围内满足实际应用需求，实现天线自隔离。

Description

紧凑型自隔离宽带天线及移动终端

技术领域

本申请属于天线技术领域，具体而言，涉及一种紧凑型自隔离宽带天线及移动终端。

背景技术

随着信息化时代的快速发展，多输入多输出天线系统(简称为MIMO天线系统)因其可以实现高速率的信息传输被广泛应用于各种无线通信设备中，如5G终端手机。然而，5G终端MIMO天线系统的应用与发展还面临着以下几个问题：1、5G终端设备集成度越来越高，预留给MIMO天线系统的空间越来越少；2、不同国家和地区已经被授权使用不同的5G频段，因此覆盖多制式的宽带天线设计也势在必行；3、电子设备有限的空间会导致MIMO天线端口隔离度降低，从而影响整个天线系统的射频性能。

近年来，天线设计者为设计小型化宽带天线做了大量的研究，各种终端天线层出不穷。现有的多频和宽频天线技术包括槽或缝加载、引入寄生单元、电容耦合馈电、电容或电感加载和单腔多辐射模。传统技术中，通过在金属地板上设计槽和缝对天线进行加载，并给天线边框的寄生枝节进行耦合馈电，可以实现天线射频性能在3300–3800MHz、4800–5000MHz和5150–5925MHz三个5G频段的覆盖。传统技术中，也可在天线中引入寄生单元实现天线射频性能在3300–6000MHz的宽频段覆盖。但是，这些多频和宽频天线在组合成MIMO天线系统时，均采用空间分集的形式提高隔离度，天线的间距一般大于半个自由空间中的波长，而且需要较大的地板面积，这样的天线系统在高集成度的电子设备中难以实现。

此外，天线设计者提出了众多有效的解耦方法以提高MIMO天线的隔离度，如带阻结构、缺陷地结构、中和线、谐振器和电路网络等。但这些解耦结构的使用会占用很大的额外空间。因此，研究有效的MIMO天线自隔离技术极其重要。

为了不牺牲空间距离，且不使用额外的解耦技术提高隔离度，有人提出了两个天线单元使用同一个辐射矩形贴片的双单元天线结构，利用共模激励和差模激励的原理进行模式的叠加和抵消，从而实现天线自隔离。但是，该结构牺牲了2mm地板作为净空区域，而且带宽只能覆盖3300–4200MHz，达不到5G终端应用的宽频带需求。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种紧凑型自隔离宽带天线及移动终端，以解决现有技术中存在的MIMO天线系统难以同时满足小型化、宽频带和高隔离射频性能的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种紧凑型自隔离宽带天线，包括介质底板、连接于所述介质底板侧面的介质侧板、设于所述介质底板上的金属地板以及设于所述介质侧板上的天线辐射体，所述介质底板具有相对设置的第一底面和第二底面，所述介质侧板由所述介质底板的边缘从所述第二底面至所述第一底面的方向延伸而成，所述介质侧板具有靠近所述介质底板的第一侧面和远离所述介质底板的第二侧面；

所述天线辐射体设于所述第一侧面，且所述天线辐射体具有垂直于所述第一底面的中轴线，所述中轴线将所述天线辐射体分成相对所述中轴线对称设置的两个天线单元，每个所述天线单元上均开设有T形槽；所述金属地板设于所述第二底面，所述第一底面上设有两个分别用于对两个所述天线单元馈电的微带枝节，所述微带枝节的一端与所述金属底板电性连接，所述微带枝节的另一端延伸至与所述天线单元电性连接；所述第一侧面上还设有电性连接所述天线辐射体和所述金属地板的短路枝节。

在一个实施例中，所述短路枝节相对所述中轴线对称设置。

在一个实施例中，所述天线辐射体为矩形，且所述天线辐射体的长度为(30±5)mm，所述天线辐射体的宽度为(7±1)mm。

在一个实施例中，所述T形槽包括水平槽和竖直槽，所述水平槽的长度方向与所述第一底面平行设置，且所述水平槽设于所述天线单元的中部，所述竖直槽的一端垂直连接于所述水平槽，所述竖直槽的另一端朝远离所述金属底板的方向延伸至所述天线单元的边缘处。

在一个实施例中，所述水平槽的长度为13.5mm，所述水平槽的宽度为1.3mm；所述竖直槽的长度为3mm，所述竖直槽的宽度为0.4mm。

在一个实施例中，所述短路枝节的长度为4.8mm，所述短路枝节的宽度为0.8mm。

在一个实施例中，所述短路枝节的宽度和所述介质底板的厚度相同。

在一个实施例中，所述微带枝节采用微带—同轴探针过渡进行馈电。

在一个实施例中，所述介质侧板的数量至少为两个，每个所述介质侧板上均设有所述天线辐射体和所述短路枝节。

本申请还提供一种移动终端，包括上述的紧凑型自隔离宽带天线。

本申请提供的紧凑型自隔离宽带天线及移动终端的有益效果在于：与现有技术相比，本申请中的紧凑型自隔离宽带天线通过在天线辐射体上开设两个T形槽，使天线辐射体由中轴线分成两个天线单元，两个天线单元组成一个天线对，没有采用空间分集的方式解耦，实现了紧凑的天线结构；此外，T形槽的设置可以产生四种谐振模式，通过调整四种谐振模式的阻抗匹配，可以实现该紧凑型天线的宽带射频性能，相对宽带可以达到78％；最后，通过在介质侧板的第一侧面上设置短路枝节，短路枝节连接天线辐射体和金属地板，可以消除第二个谐振模式，同时不影响其它谐振模式，从而使隔离度在整个带宽范围内满足工程应用需求，实现天线自隔离。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍。显而易见地，下面描述中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而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例提供的紧凑型自隔离宽带天线的立体结构图；

图2为本申请实施例提供的介质侧板、天线辐射体和短路枝节的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的紧凑型自隔离宽带天线的部分俯视图；

图4为本申请实施例提供的紧凑型自隔离宽带天线的仿真S参数曲线；

图5为本申请实施例提供的紧凑型自隔离宽带天线的仿真天线效率曲线；

图6为本申请实施例提供的紧凑型自隔离宽带天线仿真的加短路枝节与不加短路枝节时的输入阻抗曲线对比图；

图7为本申请实施例提供的紧凑型自隔离宽带天线仿真的加短路枝节与不加短路枝节时的传输系数曲线对比图。

其中，图中各附图标记：

1-介质底板；101-第一底面；102-第二底面；2-介质侧板；201-第一侧面；202-第二侧面；3-天线辐射体；31-天线单元；32-T形槽；321-水平槽；322-竖直槽；4-金属地板；5-短路枝节；6-微带枝节；7-微带—同轴探针过渡。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

现对本申请实施例提供的紧凑型自隔离宽带天线进行说明。

请参阅图1至图3，在本申请的一个实施例中，紧凑型自隔离宽带天线包括介质底板1、介质侧板2、天线辐射体3和金属地板4。介质侧板2连接于介质底板1的侧面，当介质底板1水平设置时，介质侧板2可竖直设置。介质底板1具有相对设置的第一底面101和第二底面102，介质侧板2由介质底板1的边缘且沿第二底面102至第一底面101的方向延伸而成。更具体地，第一底面101和第二底面102平行设置，第一底面101为介质底板1的顶面，第二底面102为介质底板1的底面。介质侧板2具有第一侧面201和第二侧面202，第一侧面201和第二侧面202相互平行，第一侧面201靠近介质底板1设置，第二侧面202远离介质底板1设置。

请参阅图2，天线辐射体3设于第一侧面201上，天线辐射体3可通过电镀、印刷等方式贴设于第一侧面201，天线辐射体3的加工和形成方式此处不作限定。天线辐射体3具有中轴线，中轴线将天线辐射体3分隔成两个相对中轴线对称设置的天线单元31，两个天线单元31的结构相同，可以组成一个天线对。每个天线单元31上均开设有T形槽32，T形槽32的设置使得该天线对产生四个谐振频点，通过调节四个谐振频点对应的阻抗匹配，可以极大地拓展该天线对的工作带宽，从而使天线对具有一个较宽的带宽，其相对带宽可以达到78％。

请参阅图3，金属地板4设于第二底面102，第一底面101上设有微带枝节6，微带枝节6的数量有两个，两个微带枝节6分别用于对两个天线单元31进行馈电。微带枝节6的一端与金属地板4电性连接，微带枝节6的另一端延伸至与对应的天线单元31电性连接，以对天线单元31馈电。结合图2及图3，图2中的点A与图3中的点A重合，即其中一个微带枝节6和其中一个天线单元31在点A处连接；图2中的点B与图3中的点B重合，即另一个微带枝节6和另一个天线单元31在点B处连接。

请参阅图2及图3，第一侧面201上设有短路枝节5，短路枝节5电性连接天线辐射体3和金属地板4，短路枝节5的设置使得两个天线单元31的部分电流通过短路枝节5流至金属地板4，防止电流从其中一个馈电端口流动至另一个馈电端口，从而可以提高两个天线单元31之间的隔离度，即提高该紧凑型自隔离宽带天线的自隔离度。

上述实施例中的紧凑型自隔离宽带天线，通过在天线辐射体3上开设有两个T形槽32，使天线辐射体3由中轴线分成两个天线单元31，两个天线单元31组成一个天线对，没有采用空间分集的方式解耦，实现了紧凑型的天线；而且，T形槽32的设置，可以产生四种谐振模式，通过调整四种谐振模式的阻抗匹配，可以实现该紧凑型天线的宽带设计，相对宽带可以达到78％；另外，通过在介质侧板2的第一侧面201上设置短路枝节5，短路枝节5连接天线辐射体3和金属地板4，可以消除第二个谐振模式，同时不影响其它谐振模式，从而使隔离度在整个带宽范围内满足工程应用需求，实现天线自隔离。

在本申请的一个实施例中，请参阅图2，短路枝节5相对中轴线对称设置，使短路枝节5对两个天线单元31的电流影响相同，从而使两个天线单元31的内部电流分布情况也相同。

可选地，短路枝节5的长度为4.8mm，短路枝节5的宽度为0.8mm。

在本申请的一个实施例中，天线辐射体3为矩形，天线辐射体3的长度为(30±5)mm，如29mm、30mm、31mm等，天线辐射体3的宽度为(7±1)mm，如6mm、6.2mm、7mm、8mm等。天线辐射体3的面积较小，结构更紧凑。

可选地，介质底板1为矩形，且介质底板1的长度为(150±10)mm，如140mm、145mm、150mm、155mm、160mm等，介质底板1的宽度为(75±7)mm，如68mm、70mm、75mm、80mm、82mm等，介质底板1的厚度为(0.8±0.2)mm，如0.6mm、0.8mm、1mm等。介质底板1的尺寸在上述范围内时，与移动终端的常用屏幕尺寸相匹配，适用于移动终端的天线方案中。

可选地，介质侧板2为矩形，且介质侧板2的长度为(150±10)mm，如140mm、145mm、150mm、155mm、160mm等，介质侧板2的高度为(7±2)mm，如5mm、6mm、7mm、8mm、9mm等，介质侧板2的厚度为(0.8±0.2)mm，如0.6mm、0.8mm、1mm等。介质侧板2的尺寸在上述范围内时，与移动终端的常用侧面尺寸相匹配，适用于移动终端的天线方案中。

可选地，介质底板1和介质侧板2材料均为FR-4。

在本申请的一个实施例中，请参阅图2，T形槽32包括水平槽321和竖直槽322，水平槽321的长度方向与第一底面101平行设置，竖直槽322与水平槽321垂直连通。其中，水平槽321设于天线单元31的中部，竖直槽322的一端连接于水平槽321，竖直槽322的另一端朝远离金属地板4的方向延伸至天线单元31的边缘处。竖直槽322可连接于水平槽321的中心处，也可偏离水平槽321的中心连接。

可选地，水平槽321的长度为13.5mm，水平槽321的宽度为1.3mm；竖直槽322的长度为3mm，竖直槽322的宽度为0.4mm。

可选地，短路枝节5的宽度与介质底板1的厚度相同，使介质底板1和介质侧板2的结合面上，仅设有短路枝节5，天线辐射体3外露设置，以免影响天线辐射体3的辐射性能。

在本申请的一个实施例中，请参阅图3，微带枝节6和金属地板4通过微带—同轴探针过渡7电性连接，微带—同轴探针过渡7嵌设于介质底板1中，贯穿介质底板1的第一底面101和第二底面102，同轴探针的另一端连接到SMA同轴连接器。

在本申请的一个实施例中，介质侧板2的数量为多个，每个介质侧板2上均设有天线辐射体3和短路枝节5，使该天线具有多个天线对，形成具有多个天线对的MIMO天线系统。例如，介质侧板2的数量为两个，分别设于介质底板1的相对两侧。

在本申请的一个实施例中，介质侧板2的数量为两个，其中一个天线辐射体3上的两个天线单元31分别为第一天线和第二天线，第一天线和第二天线组成一个天线对，另一个天线辐射体3上的两个天线单元31分别为第三天线和第四天线，第三天线和第四天线组成一个天线对。介质底板1和介质侧板2均为FR-4材质的板材。介质底板1的长度为150mm，介质底板1的宽度为75mm，介质底板1的厚度为0.8mm；介质侧板2的长度为150mm，介质侧板2的宽度为7mm，介质侧板2的厚度为0.8mm；天线辐射体3的长度为30mm，天线辐射体3的宽度为6.2mm；T形槽32中，水平槽321的长度为13.5mm，水平槽321的宽度为1.3mm；短路枝节5的长度为4.8mm，短路枝节5的宽度为0.8mm；微带枝节6的长度为13mm，微带枝节6的宽度为1.5mm。在该实施例的参数条件下，请参阅图4，图4为本申请实施例提供的紧凑型自隔离宽带天线仿真的S参数曲线，通过采用该实施例中天线辐射体3和T形槽32的尺寸，使得天线在3300–7500MHz的工作频带内得到了良好的阻抗匹配，反射系数S₁₁在3300–7500MHz频段内均小于-6dB，完全覆盖了5G Sub-6 GHz的n77/n78/n79和LTE 46频段。由于天线均为对称设置，所有天线的反射系数均相同。除此之外，所述天线在3300–7500MHz的工作频带内的传输系数S₂₁均小于-10dB，满足移动终端天线设计的隔离度要求。需要说明的是，图4中S₁₁为第一天线的反射系数，S₂₂为第二天线的反射系数，S₃₃为第三天线的反射系数，S₄₄为第四天线的反射系数。

在上述实施例的参数条件下，请参阅图5，图5为本申请实施例提供的紧凑型自隔离宽带天线仿真的天线效率曲线，该实施例中的天线在工作频段3300–7500MHz内的辐射效率均高于40％，满足移动终端天线设计的效率要求。

在上述实施例的参数条件下，请参阅图6及图7，图6为本申请实施例提供的紧凑型自隔离宽带天线仿真的加短路枝节与不加短路枝节时的输入阻抗曲线的对比图，图7为本申请实施例提供的紧凑型自隔离宽带天线仿真的加短路枝节与不加短路枝节时的传输系数曲线对比图。不加短路枝节5时天线具有四个谐振模式，对应有四个谐振频点，四个谐振频点分别为3.4GHz、3.9GHz、4.8GHz和6.5GHz，此时天线的传输系数S₂₁在频段3.5–4.8GHz内是大于-10dB的，这不能满足移动终端天线的设计要求；当加载短路枝节5后，位于3.9GHz的谐振频点被消除，而其它谐振频点不变，因此在频段3.5–4.8GHz内的传输系数小于-10dB，达到自隔离的目的。

综上所述，上述实施例中的天线，能够实现在相对带宽为78％的工作频带内工作，并且在有效工作带宽内的效率均高于40％，满足手机天线设计的要求，并且天线辐射体3的尺寸仅为30mm×7mm。同时，本发明还提出了利用短路枝节5消除谐振模式来实现自隔离度的方法，使得天线对的两个天线之间的隔离度大于10dB，达到移动终端天线设计的要求。

本申请还提供一种移动终端，移动终端包括上述任一实施例中的紧凑型自隔离宽带天线。移动终端可为智能手机、平板电脑等。

本申请提供的移动终端，采用了上述实施例中的紧凑型自隔离宽带天线，通过在天线辐射体3上开设有两个T形槽32，天线辐射体3由中轴线分成两个天线单元31，两个天线单元31组成一个天线对，没有采用空间分集的方式解耦，实现了紧凑型天线系统的设计；而且，T形槽32的设置，可以产生四种谐振模式，通过调整四种谐振模式的阻抗匹配，可以实现该紧凑型天线系统的宽带辐射性能设计，相对宽带可以带到78％；另外，通过在介质侧板2的第一侧面201上设置短路枝节5，短路枝节5连接天线辐射体3和金属地板4，可以消除第二个谐振模式，同时保持其他谐振模式不变，从而可以使隔离度在整个带宽范围内达到要求，实现自隔离设计。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的设计原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种紧凑型自隔离宽带天线，其特征在于：包括介质底板、连接于所述介质底板侧面的介质侧板、设于所述介质底板上的金属地板以及设于所述介质侧板上的天线辐射体，所述介质底板具有相对设置的第一底面和第二底面，所述介质侧板由所述介质底板的边缘从所述第二底面至所述第一底面的方向延伸而成，所述介质侧板具有靠近所述介质底板的第一侧面和远离所述介质底板的第二侧面；

所述天线辐射体设于所述第一侧面，且所述天线辐射体具有垂直于所述第一底面的中轴线，所述中轴线将所述天线辐射体分成相对所述中轴线对称设置的两个天线单元，每个所述天线单元上均开设有T形槽；所述金属地板设于所述第二底面，所述第一底面上设有两个分别用于对两个所述天线单元馈电的微带枝节，所述微带枝节的一端与所述金属底板电性连接，所述微带枝节的另一端延伸至与所述天线单元电性连接；所述第一侧面上还设有电性连接所述天线辐射体和所述金属地板的短路枝节。

2.如权利要求1所述的紧凑型自隔离宽带天线，其特征在于：所述短路枝节相对所述中轴线对称设置。

3.如权利要求1所述的紧凑型自隔离宽带天线，其特征在于：所述天线辐射体为矩形，且所述天线辐射体的长度为(30±5)mm，所述天线辐射体的宽度为(7±1)mm。

4.如权利要求3所述的紧凑型自隔离宽带天线，其特征在于：所述T形槽包括水平槽和竖直槽，所述水平槽的长度方向与所述第一底面平行设置，且所述水平槽设于所述天线单元的中部，所述竖直槽的一端垂直连接于所述水平槽，所述竖直槽的另一端朝远离所述金属底板的方向延伸至所述天线单元的边缘处。

5.如权利要求4所述的紧凑型自隔离宽带天线，其特征在于：所述水平槽的长度为13.5mm，所述水平槽的宽度为1.3mm；所述竖直槽的长度为3mm，所述竖直槽的宽度为0.4mm。

6.如权利要求3所述的紧凑型自隔离宽带天线，其特征在于：所述短路枝节的长度为4.8mm，所述短路枝节的宽度为0.8mm。

7.如权利要求6所述的紧凑型自隔离宽带天线，其特征在于：所述短路枝节的宽度和所述介质底板的厚度相同。

8.如权利要求1所述的紧凑型自隔离宽带天线，其特征在于：所述微带枝节采用微带—同轴探针过渡进行馈电。

9.如权利要求1–8任一项所述的紧凑型自隔离宽带天线，其特征在于：所述介质侧板的数量至少为两个，每个所述介质侧板上均设有所述天线辐射体和所述短路枝节。

10.移动终端，其特征在于：包括权利要求1–9任一项所述的紧凑型自隔离宽带天线。

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