CN112117539A - 一种高隔离度5g宽带mimo天线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种高隔离度的宽带MIMO天线系统，该高隔离度的宽带MIMO天线系统包括介质基板和侧面介质基板以及至少两个以上的有间隔的天线单元，所述侧面介质基板位于介质基板的两侧，在侧面介质基板上设有天线单元，所述天线单元具有分别设于所述侧面介质基板的正面和反面上但不相互连接的第一辐射单元、第二辐射单元以及第三辐射单元。第一辐射单元通过耦合馈电的方式，扩宽了第二辐射单元、第三辐射单元的带宽，通过侧面介质基板的正反面放置不同谐振频率的辐射单元的方式，使MIMO系统在减小空间占用的同时工作带宽覆盖5GNR规划的N77、N78、N79频段，天线性能满足移动通信要求。

Description

一种高隔离度5G宽带MIMO天线系统
技术领域
本发明属于5G移动通信领域，具体为涉及一种5G宽带MIMO天线系统。
背景技术
每一代移动通信系统的部署，都意味着新的频谱资源将被采用，同时也意味着进行信息传输的相关部件需要重新设计。目前，4GLTE(Long Term Evolution)蜂窝网络占据了无线频谱中传输损耗小、覆盖广的2.6GHz及以下频段，4G用户在未来仍具有增长的趋势，因此被4G占据的频段在短期内难以释放给5G 使用。同时，5G系统在大带宽的频谱资源利用方面能够更好地发挥其空口设计优势，而在现有2GHz以下已经规划的频谱资源很难找到100MHz以上的连续频谱，所以在5G部署的前期阶段主要使用有较大带宽资源的2.6GHz至5GHz的C波段等频段。
在5G时代，由于频谱的客观现状，手机天线的适配正在向着sub-6GHz和毫米波两种频段发展，5G 智能手机仍旧会支持之前的几代移动通信，因此对于天线而言，通信技术的升级对于不同制式的天线将会是数量上的累加而不是替代。为了提高传输速率，工作在sub-6GHz的手机天线将采用MIMO技术。5G 频谱的增加也意味着终端内部天线数目的增加，如何提高5G智能手机天线的数目和空间利用率以及如何合理地摆放天线地位置将成为手机天线研发地难点之一。
综上所述，智能手机的终端天线设计空间越来越有限，需要容纳的天线数量却在增加，同时随着用户对于手机外观、功能的需求的增加，终端天线所处的环境也越来越复杂，小型化、多频带、宽带化将是5G 手机天线的基本目标，如何设计可同时工作在sub-6GHz和毫米波段的多频手机天线已经成为当下多频天线研究中的一个新的挑战。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种高隔离度的宽带MIMO天线系统，在保证多天线之间隔离度的前提下有效的覆盖了5G NR(New Radio)规划的N77、N78、N79频段。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种高隔离度的宽带MIMO天线系统，该高隔离度的宽带MIMO天线系统包括介质基板和侧面介质基板以及至少两个以上的有间隔的天线单元，所述侧面介质基板位于介质基板的两侧，在侧面介质基板上设有天线单元，所述天线单元具有分别设于所述侧面介质基板的正面和反面上但不相互连接的第一辐射单元、第二辐射单元以及第三辐射单元。
所述第一辐射单元由折叠单极子天线和一段短路辐射枝节组成，所述折叠单极子天线靠近介质基板的一侧设有馈电点。
所述第二辐射单元由对称的两个倒L天线组成，所述倒L天线的底部分别接地处理。
所述第三辐射单元由对称的两个F型短路枝节组成。
本发明的有益效果在于：
第一辐射单元作为天线单元的馈电结构，通过耦合的方式对天线进行馈电，第一辐射单元中的短路枝节能够起到扩宽天线带宽的作用。
第二辐射单元在和第一辐射单元共同作用的情况下，通过调整第二辐射单元的长度，能够实现对5G NR N77频段的覆盖，此外，第二辐射单元由于采用了对称的倒L型天线单元，能够在不引入额外解耦合结构的前提下提高MIMO系统的隔离度。
第三辐射单元在和上述辐射单元共同作用的情况下，能够实现对5G NR N77、N78、N79频段的覆盖。
本发明提出的天线单元在保证对5GNR规划的N77、N78以及N79频段有效覆盖的同时具有良好的隔离度，此外，由于天线系统未采用解耦合结构或方法，因此天线系统具有良好的传输效率。
附图说明
图1为发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统的天线单元的结构示意图；
图2为发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统的天线单元的正面的正视图；
图3为发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统的天线单元的反面的正视图；
图4为本发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统的整体结构示意图；
图5为发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统的S参数图；
图6为发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统的辐射效率和总效率示意图；
图7为发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统的包络相关系数(ECC)示意图；
图8为发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统工作在频率等于3.5GHz时的电流分布图；
图9为发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统工作在频率等于5GHz时的电流分布图；
图10为发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统的天线1、天线2工作在频率等于3.5GHz 的方向图；
图11为发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统的天线1、天线2工作在频率等于5GHz的方向图；
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术内容、所实现目的以及实现效果，以下通过结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明提出了一种高隔离度5G宽带MIMO天线系统，包括天线单元1、介质基板2、侧面介质基板3、侧面介质基板4、地板5。
地板5设置在介质基板2的底面，介质基板2的两侧为侧面介质基板2以及侧面介质基板3，本发明提出的天线单元放置在侧面介质基板2和侧面介质基板3的两侧，在本文中，侧面介质基板2和侧面介质基板3的正面指的是靠近并垂直于介质基板的面。
图1为本发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统的天线单元1的结构示意图，包括位于侧面介质基板正面的第一辐射单元，位于侧面介质基板正面的第二辐射单元，以及位于侧面介质基板背面的第三辐射单元。此外，天线单元1还包括和第一辐射单元底端相连的微带馈线14，微带馈线14为五十欧姆微带线。
具体地，所述第一辐射单元包括折叠单极子形式的第一辐射枝节111和“一”字型水平短路枝节形式的第二辐射枝节112；所述第二辐射单元包括对称放置的两个倒L形式的第三辐射枝节121和第四辐射枝节122；所述第三辐射单元包括对称放置的两个倒F形式的第五辐射枝节131和第六辐射枝节132。其中，第一辐射枝节111和第二辐射枝节112放置在侧面介质基板的正面，第一辐射枝节是天线单元1馈电枝节，通过耦合馈电的放置扩宽天线单元1的工作带宽，第二辐射枝节的作用是增加天线单元1的工作带宽；第三辐射枝节121和第四辐射枝节122放置在侧面介质基板的背面，第三辐射枝节121和第四辐射枝节122 的底端和地板5连接，通过调整第三辐射枝节121和第四辐射枝节122的长度和高度可以调整天线单元1 的工作频段；第五辐射枝节131和第六辐射枝节132位于侧面介质基板的正面，通过调整第五辐射枝节131 和第六辐射枝节132的长度和高度以及枝节1211和枝节1221的位置和长度能够调整天线单元1的工作频段。放置在侧面介质基板背面的第三辐射枝节121和第四辐射枝节122和放置在侧面介质基板正面的第五辐射枝节131和第六辐射枝节132具有不同的谐振频率，放置在侧面介质基板的正面的第一辐射枝节111 和第二辐射枝节112通过耦合馈电以及增加短路枝节的方式扩宽了第二、三辐射单元的工作带宽，使天线单元1的工作频段覆盖5GNR规划的N77、N78以及N79频段。
图4为本发明实施例1提供的一种高隔离度的宽带MIMO天线系统的整体结构示意图，主要应用于移动终端的5G移动通信，包括至少数目为2及以上的偶数个天线单元1、介质基板2、侧面介质基板3、侧面介质基板4、地板5。本实施例中，天线单元1的数量为八个，天线单元1等距离地放置在侧面介质基板3和侧面介质基板4上，在其他实施例中，也可以根据实际情况非等间隔地放置天线单元1。介质基板2的尺寸为150mmX75mmX0.8mm，这是5.5英寸智能手机的典型尺寸，侧面介质基板3及侧面介质基板4的尺寸为150mmX0.8mmX6.2mm，文中所提到的介质基板均采用FR4材料，天线单元1及地板5的材质为0.035mm厚的铜。
图5为本发明实施例1提供的一种8单元高隔离度的宽带MIMO天线系统的S参数的示意图，其中，坐标的横轴为频率，纵轴为回波损耗。从图5中的S参数可以看出，在回波损耗小于-6dB以及天线单元之间隔离度小于-10dB的前提下，宽带MIMO天线系统能够覆盖3.3GHz-4.2GHz、4.4GHz-5GHz频段，也就是说，本发明提出的天线单元1能够覆盖5G NR规划的N77、N78、N79频段。
图6为发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统的辐射效率和总效率示意图，可以看到工作频段即3.3GHz-4.2GHz、4.4GHz-5GHz频段内，天线的总效率满足移动终端天线总效率大于40％的要求，天线的辐射性能良好。
图7为发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统的包络相关系数(ECC)示意图，可以看到，8 单元宽带MIMO天线系统的包络相关系数在工作频段均小于0.05，满足移动通信的要求。
图8为发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统工作在频率等于3.5GHz时的表面电流分布图，可以看到表面电流主要分布在第三辐射枝节121和第四辐射枝节122。图9为发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统工作在频率等于5GHz时的表面电流分布图，可以看到表面电流主要分布在第五辐射枝节131和第六辐射枝节132。
图10为发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统的天线1、天线2工作在频率等于3.5GHz 的方向图，图11为发明实施例1的高隔离度的宽带MIMO天线系统的天线1、天线2工作在频率等于 3.5GHz的方向图，可以看到，天线1、天线2在各个方向上都能够接收和发射信号。
以上所述，仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种高隔离度5G宽带MIMO天线系统，其特征在于包括介质基板2和侧面介质基板3、4以及至少两个以上的有间隔的天线单元1，所述侧面介质基板3、4位于介质基板2的两侧，在侧面介质基板3、4上设有一个以上的天线单元1，所述天线单元1具有分别设于所述侧面介质基板3、4的正面和背面上但不相互连接的第一辐射单元、第二辐射单元以及第三辐射单元。所述第一辐射单元由折叠单极子天线和一段“一”字型水平短路辐射枝节组成，所述折叠单极子天线靠近介质基板的一侧设有馈电点；所述第二辐射单元由对称的两个倒L天线组成，所述倒L天线的底部分别接地处理；所述第三辐射单元由对称的两个F型短路枝节组成。
2.如权利要求1所述的高隔离度5G宽带MIMO天线系统，其特征在于包括至少数目为2及以上的偶数个天线单元1、介质基板2、侧面介质基板3、侧面介质基板4、地板5组成的5G宽带MIMO系统，系统工作频段为3.3GHz-4.2GHz和4.4GHz-5GHz。
3.如权利要求1所述的高隔离度5G宽带MIMO天线系统，其特征在于折叠单极子形式的第一辐射枝节112和短路枝节形式的第二辐射枝节122设置在侧面介质基板正面。第一辐射枝节111是天线单元1馈电枝节，通过耦合馈电的放置扩宽天线单元1的工作带宽，第二辐射枝节112的作用是增加天线单元1的工作带宽。
4.如权利要求1所述的高隔离度5G宽带MIMO天线系统，其特征在于设置在侧面介质基板反面的底端接地的对称放置的两个倒L形式的第三辐射枝节121和第四辐射枝节122。第三辐射枝节121和第四辐射枝节122放置在侧面介质基板的背面，第三辐射枝节121和第四辐射枝节122的底端和地板5连接，通过调整第三辐射枝节121和第四辐射枝节122的长度和高度可以调整天线单元1的工作频段。
5.如权利要求1所述的高隔离度5G宽带MIMO天线系统，其特征在于设置在侧面介质基板正面的两个倒F形式的第五辐射枝节131和第六辐射枝节132。第五辐射枝节131和第六辐射枝节132位于侧面介质基板的正面，通过调整第五辐射枝节131和第六辐射枝节132的长度和高度以及枝节1211和枝节1221的位置和长度能够调整天线单元1的工作频段。
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