CN112467367B

CN112467367B - 一种三频带六单元异面5g终端天线

Info

Publication number: CN112467367B
Application number: CN202011240945.2A
Authority: CN
Inventors: 罗志勇; 韩弘祖; 王耀
Original assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Current assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2040-11-09
Also published as: CN112467367A

Abstract

本发明请求保护一种三频带六单元异面5G终端天线，属于天线技术领域，包括：介质基板、六个天线单元、微带馈电线及金属接地板，其中介质基板包括第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板，第一介质基板水平放置，第二介质基板、第三介质基板分别垂直于第一介质基板的两个长边且相互平行放置，天线单元分为第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元、第四天线单元、第五天线单元、第六天线单元，第一、第四天线单元位于第一介质基板的顶端和底端，第二、第三天线单元位于第二介质基板，第五、第六天线单元位于第三介质基板，第一、第四天线单元工作于低频段，第二、第五天线单元工作于中频段，第三、第六天线单元工作于高频段。

Description

一种三频带六单元异面5G终端天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种覆盖我国工信部公布的三频段的 5GMIMO终端天线。

背景技术

2017年11月工信部正式发布5G中频段规划，将3300-3600MHz以及 4800-5000MHz频段作为5G系统的工作频段。2018年12月6日工信部正式向三大运营商发布“全国范围5G中低频段试验频率”的使用许可，其频谱主要集中在2515MHz-2675MHz、3400MHz-3600MHz以及4800MHz-4900MHz，其中n78频段是主流频段，n79频段建设成本大，短期不会投入使用，但最终会应用于工业市场。 5G终端天线作为5G系统中重要的一个组成部分，其性能的优劣对整个系统有着至关重要的影响。5G系统对5G终端天线提出了更高的要求，5G终端天线应具备覆盖更多的频段，尤其是未来应用于工业的n79频段，以解决其频带覆盖问题。 5G终端天线还应具备MIMO(multiple-input multiple-output多输入多输出) 性能，通过多个天线单元实现多发多收、在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下可以大幅度提高系统信道容量。满足5G在工业互联网中超大容量的需求。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种三频带六单元异面5G终端天线。本发明的技术方案如下：

一种三频带六单元异面5G终端天线，其包括：介质基板、六个天线单元、微带馈电线及金属接地板，其中介质基板包括第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板，第一介质基板用于搭载第一、第四天线单元以及馈电线、第二介质基板用于搭载第二、第三天线单元、第三介质基板用于搭载第五、第六单元，第一介质基板水平放置，第二介质基板、第三介质基板分别垂直于第一介质基板的两个长边且相互平行放置，天线单元分为第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元、第四天线单元、第五天线单元、第六天线单元，第一天线单元-第六天线单元分别用于分别用于辐射出工信部所规定的5G低频2.5GHz、中频3.5GHz、高频4.8GHz的电磁波，微带馈电线用于向天线单元发射激励信号，及金属接地板用于天线单元的接地枝节的使用，第一、第四天线单元位于第一介质基板的顶端和底端，第二、第三天线单元位于第二介质基板，第五、第六天线单元位于第三介质基板，第一、第四天线单元工作于低频段，第二、第五天线单元工作于中频段，第三、第六天线单元工作于高频段。

进一步的，第一、第四天线单元实现低频段工作，低频段为2515MHz-2675MHz，第二、第五天线单元实现中频段工作，中频段为3400MHz-3600MHz，第三、第六天线单元实现高频段工作，高频段为4800MHz-4900MHz。

进一步的，第一天线单元、第四天线单元采用直接馈电的方式，第一天线单元、第四天线单元采用平面倒F的结构，由微带线进行馈电，平面倒F结构包括第一竖条、第一横条及第二竖条，第一竖条及第一横条垂直相交形成倒L形状，第二竖条贯穿设置于第一横条的中部。

进一步的，所述平面倒F结构总长为19mm，介于四分之一自由空间波长与四分之一介质波长之间，其中第一竖条长6mm，第一横条长13mm，第一天线单元距离第二介质基板约30mm，第四天线单元距离第三介质基板约30mm。

进一步的，所述第二天线单元、第五天线单元采用缝隙耦合馈电的方式，天线采用“H”型缝隙天线，由结构第三竖条、第二横条、第四竖条构成，缝隙总长度为15mm，其中缝隙宽约1mm，结构第三竖条、第四竖条长约3mm，第二横条长约8mm。

进一步的，第三、第六天线单元采用“L”型单极子天线，同样采用耦合馈电的方式，单极子天线总长11mm，由结构第五竖条、第三横条组成，结构第五竖条长约3mm，第三横条长约7mm，天线辐射枝节宽约1mm。

进一步的，第二天线单元、第三天线单元间隔30mm，第二天线单元距离第一介质基板顶端约30mm，第三天线单元距离第一介质基板底端约30mm，第五、第六天线单元与第二、第三天线单元呈中心对称关系。所有馈电线均由50Ω的馈电线构成，馈电线长度均为10mm。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明的优点是采用三种不同的天线结构与馈电方式，实现工信部规定的5G 频段的覆盖。第一、第四天线单元与第二、第三、第五、第六天线单元不在同一平面，天线的辐射场相互垂直，降低了天线之间的干扰；第一、第四天线单元采用直接馈电的方式，实际是由电流元激励，第二、第三、第五、第六天线单元采用耦合馈电的方式，实际是由磁流元激励，两种不同的激励方式，产生的天线辐射场也相互垂直，可以有效的降低天线之间的耦合程度。同时，天线单元的布局采用交叉布局，不同频段的天线单元相邻分布，相同频段的天线对称分布，也能够有效的减少天线之间的隔离度。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例天线的三维视图；

图2是第一天线单元的结构；

图3是第二天线单元的结构；

图4是第三天线单元的结构；

图5是天线的S参数。

具体实施方式

下面将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、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

本发明专利的关键构思在于采用三种不同的天线结构与馈电方式，且天线布局采用互面及中心对称的方式。参照图1一种三频六单元5G终端MIMO天线包含六个天线单元，编号逆时针分别为1-6，微带馈电分别7-9，金属接地板10。介质基板包括第一介质基板100、第二介质基板200、第三介质基板300，第一介质基板水平放置，第二第三介质基板垂直于第一介质基板的长边，且相互平行。第一介质基板的长宽分别为105mm×50mm，第二第三介质基板的长高分别为 105mm×8mm。天线单元分为第一天线单元1、第二天线单元2、第三天线单元3、第四天线单元4、第五天线单元5、第六天线单元6。第一、第四天线单元位于第一介质基板100的顶端和底端，第二、第三天线单元位于第二介质基板200，第五、第六天线单元位于第三介质基板300。第一、第四天线单元实现低频段工作，低频段为2515MHz-2675MHz，第二、第五天线单元实现中频段工作，中频段为3400MHz-3600MHz，第三、第六天线单元实现高频段工作，高频段为 4800MHz-4900MHz。第一、第四天线单元采用直接馈电的方式，由图2所示，天线采用平面倒F的结构，由微带线7进行馈电，平面倒F结构中的辐射枝节11、 12结构总长为19mm，介于四分之一自由空间波长与四分之一介质波长之间。其中结构11长6mm，结构12长13mm。第一天线单元距离第二介质基板约30mm，第四天线单元距离第三介质基板约30mm。第二、第五天线单元采用缝隙耦合馈电的方式，由馈电线天线8耦合馈电，由图3所示，天线单元采用“H”型缝隙天线，由结构21、22、23构成，缝隙总长度为15mm，其中缝隙宽约1mm，结构 21、23长约3mm，结构22长约8mm。第三、第六天线单元采用“L”型单极子天线，由图4所示，采用馈电线9进行耦合馈电，单极子天线总长11mm，由结构 31、32组成，结构31长约3mm，结构32长约7mm，天线辐射枝节宽约1mm。第二、第三天线单元间隔30mm，第二天线单元距离第一介质基板顶端约30mm，第三天线单元距离第一介质基板底端约30mm，第五、第六天线单元与第二、第三天线单元呈中心对称关系。所有馈电线均由50Ω的馈电线构成，馈电线长度均为10mm。天线的仿真结果如图5所示，天线的-6dB回波损耗刚好覆盖了工信部所要求的5G频段，综上所述，本发明专利提供的天线符合各项要求，且天线易于加工制造，成本低。

本天线的工作原理如下：

分别对每个天线单元进行激励，由微带馈线进行信号的输入，测量由天线单元辐射出的辐射场的回波损耗值。再对所有天线单元同时激励，同时由微带馈线进行信号输入，测量六个天线单元同时辐射出的辐射场的回波损耗值。将所测得的回波损耗值绘制成图5。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims

1.一种三频带六单元异面5G终端天线，其特征在于，包括：介质基板、六个天线单元、微带馈电线及金属接地板，其中介质基板包括第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板，第一介质基板用于搭载第一、第四天线单元以及馈电线、第二介质基板用于搭载第二、第三天线单元、第三介质基板用于搭载第五、第六单元，第一介质基板水平放置，第二介质基板、第三介质基板分别垂直于第一介质基板的两个长边且相互平行放置，天线单元分为第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元、第四天线单元、第五天线单元、第六天线单元，第一天线单元-第六天线单元分别用于辐射出工信部所规定的5G低频2.5GHz、中频3.5GHz、高频4.8GHz的电磁波，微带馈电线用于向天线单元发射激励信号，及金属接地板用于天线单元的接地枝节的使用，第一、第四天线单元位于第一介质基板的顶端和底端，第二、第三天线单元位于第二介质基板，第五、第六天线单元位于第三介质基板，第一、第四天线单元工作于低频段，第二、第五天线单元工作于中频段，第三、第六天线单元工作于高频段；

第一天线单元、第四天线单元采用直接馈电的方式，第一天线单元、第四天线单元采用平面倒F 结构，由微带线进行馈电，平面倒F结构包括第一竖条、第一横条及第二竖条，第一竖条及第一横条垂直相交形成倒L形状，第二竖条贯穿设置于第一横条的中部；

所述平面倒F结构总长为19mm，介于四分之一自由空间波长与四分之一介质波长之间，其中第一竖条长6mm，第一横条长13mm，第一天线单元距离第二介质基板30mm，第四天线单元距离第三介质基板30mm；

所述第二天线单元、第五天线单元采用缝隙耦合馈电的方式，天线采用“H”型缝隙天线，由结构第三竖条、第二横条、第四竖条构成，缝隙总长度为15mm，其中缝隙宽1mm，结构第三竖条、第四竖条长3mm，第二横条长8mm；

第三、第六天线单元采用“L”型单极子天线，同样采用耦合馈电的方式，单极子天线总长11mm，由结构第五竖条、第三横条组成，结构第五竖条长3mm，第三横条长7mm，天线辐射枝节宽1mm。

2.根据权利要求1所述的一种三频带六单元异面5G终端天线，其特征在于，第一、第四天线单元实现低频段工作，低频段为2515MHz-2675MHz，第二、第五天线单元实现中频段工作，中频段为3400MHz-3600MHz，第三、第六天线单元实现高频段工作，高频段为4800MHz-4900MHz。

3.根据权利要求1所述的一种三频带六单元异面5G终端天线，其特征在于，第二天线单元、第三天线单元间隔30mm，第二天线单元距离第一介质基板顶端30mm，第三天线单元距离第一介质基板底端30mm，第五、第六天线单元与第二、第三天线单元呈中心对称关系，所有馈电线均由50Ω的馈电线构成，馈电线长度均为10mm。