CN112768936A - 一种离散式5g天线隔离系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于5G天线防干扰技术领域。本发明公开一种离散式5G天线隔离系统包括设置于天线间的阶跃去耦结构，该阶跃去耦结构包括蚀刻在两天线间介质板上表面的至少一上微带和下表面的至少一下微带，所述上微带与相邻的下微带通过金属过孔形成电连接，通过同一金属过孔连接的上微带与下微带错位分布。在相邻的金属通孔之间的上微带与下微带上下错落分布，可以在谐振频率时，电流流过的路径更长，这样等效电感更大，可以阻断天线间耦合场(或耦合电流)的传播路径，从而实现天线阵列之间的去耦效果。仿真结果显示在不同的极化方式下能够保证良好的谐振稳定性，且电尺寸大小对比于传统减小至1/4。

Description

一种离散式5G天线隔离系统

技术领域

本发明涉及5G天线隔离技术领域，尤其涉及一种适用于小型化终端设备数据通信的高隔离度离散式5G天线隔离系统。

背景技术

移动通信是当今发展最为快速的领域之一，移动通信经历了几代变革，从移动电话、互联网中给人们提供了前所未有的高效率和便利性，尤其在移动通信领域里，电磁波的出现实现了有线通信到无线通信的飞跃发展，而且当前多媒体通信实现了单一的语音数据到集成图像、数据、音频等综合业务性数据传输。近年来，随着越来越多的终端用户和无线数据通信服务，通信系统向无线化、高速化、多样化的需求提供更宽的频条带宽、更高速率数据通信服务，使得无线通信系统在人们生活中起到越来越重要的角色。

4G和5G通信时代，智能移动终端成为人们上网的主要工具，这就要求智能移动终端能够实现高可靠性和高速率的数据传输。多输入多输出技术是解决这一问题的关键技术，并且在4G通信的基站端和移动终端中得到了广泛的应用。MIMO(Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出)天线系统的特点是在发射机或者接收机中拥有多个天线，能够在不增加发射功率和系统频谱的前提下，利用无线信道的多路径属性提高传输质量和系统容量。

为了使MIMO天线系统具有较好的性能，天线单元之间必须不相关(耦合较低)，然而，移动设备中能够为天线预留出的空间非常有限，使得天线之间的空间距离不可能大于或者等于一个波长。同时，5G移动终端都具备4G、5G、通信的功能，而每一代通信标准使用的频率是不一样的，这就要求在同一个终端中布置多部天线或者布置一部能够工作在多个频点的天线。

如何在便携式移动终端设备中集成多个具有低耦合的宽带天线，尤其是降低有限空间中多个天线之间的耦合，是个比较棘手的问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种离散式5G天线隔离系统，该离散式5G天线隔离系统可以有效提高的去耦效果，同时减少电尺寸。

为了解决上述问题，本发明提供一种离散式5G天线隔离系统,该离散式5G天线隔离系统包括设置于天线间的阶跃去耦结构，该阶跃去耦结构包括蚀刻在两天线间介质板上表面的至少一上微带和下表面的至少一下微带，所述上微带与相邻的下微带通过金属过孔形成电连接，通过同一金属过孔连接的上微带与下微带错位分布。

进一步地说，所述上微带和下微带分别为两条及以上时，所述上微带与相邻的下微带通过金属过孔形成电连接，使上微带与下微带形成依次间隔连接，通过同一金属过孔连接的上微带与下微带错位分布。

进一步地说，所述介质板为罗杰斯高频线路板RO4003，其相对介电常数为3.55，厚度1.524mm。

进一步地说，所述上微带与下微带数量相同或相差一个。

进一步地说，所述上微带和下微带分另设置为长条形或正方形。

进一步地说，所述上微带和下微带数量分别为两个及以上时，多条上微带分别位于同一直线上，多条下微带也分别位于同一直线上。

进一步地说，所述上微带或下微带与天线位于同一水平面。

本发明离散式5G天线隔离系统包括设置于天线间的阶跃去耦结构，该阶跃去耦结构包括蚀刻在两天线间介质板上表面的多条间隔分布的上微带和下表面的多条间隔分布的下微带，所述上微带与相邻的下微带通过金属过孔形成电连接，使上微带与下微带形成依次间隔连接，通过同一金属过孔连接的上微带与下微带错位分布。在PCB介质板的上下表面分别多条微带，然后通过金属过孔将上下表层的每条微带间隔连通形成一体。在相邻的金属通孔之间的上微带与下微带上下错落分布，可以在谐振频率时，电流流过的路径更长，这样等效电感更大。在天线单元间的耦合场(或耦合电流)的传播路径上增加一种带阻滤波结构，这种带阻结构能够阻断天线间耦合路径上形成耦合场(或耦合电流)的传播路径，通过滤除耦合实现去耦的目的。仿真结果显示在不同的极化方式下能够保证良好的谐振稳定性，且单元的电尺寸大小对比于传统单元由1/8波长减小至1/32波长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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介绍，显而易见地，描述中的附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明阶跃去耦结构实施例结构示意图。

图2是MIMO天线中设置阶跃去耦结构实施例结构示意图。

图3是MIMO天线加入阶跃去耦结构前后隔离度曲线示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明的权利要求做进一步的详细说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提出所获得的所有其他实施例，也都属于本发明保护的范围。

需要理解的是，在本发明实施例中描述，所有方向性指示的术语，如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系基于附图所示的方位、位置关系或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述本发明，而不是明示或暗示所指的装置、元件或部件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造，不应理解为对本发明的限制。仅用于解释在附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，当该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也可能随之改变。

此外，本发明中序数词，如“第一”、“第二”等描述仅用于区分目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或隐含指示所指示的技术特征的数量。由此限定“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含和至少一个该技术特征。在本发明描述中，“多个”的含义是至少两个，即两个或两个以上，除非另有明确体的限定外；“至少一个”的含义是一个或一个以及上。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，既可以是部件之间的位置关系相对固定，也可以是部件之间存在物理上固定连接，既可以是可拆卸连接，或成一体结构；既可以是机械连接，也可以是电信号连接；既可以是直接相连，也可以通过中间媒介或部件间接相连；既可以是两个元件内部的连通，也可以是两个元件的相互作用关系，除非说明书另有明确的限定，可作其他理解时不能实现相应的功能或效果外，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明如涉及有控制器、控制电路是本领域技术人员常规的控制技术或单元，如控制器的控制电路可以由本领域普通的技术人员采用现有，如简单编程即可实现。电源也采用所述属本领域现有技术，并且本发明主要发明技术点在于对机械装置改进，所以本发明不再详细说明具体的电路控制关系和电路连接。

如图1所示，本发明提供一种离散式5G天线隔离系统实施例。

该离散式5G天线隔离系统包括设置于天线间的阶跃去耦结构，该阶跃去耦结构包括蚀刻在两天线，即第一天线4和第二天线5间介质板上表面的多条间隔分布的上微带1和下表面的多条间隔分布的下微带3，所述上微带1与相邻的下微带3通过金属过孔2形成电连接，使上微带1与下微带3形成依次间隔连接，通过同一金属过孔2连接的上微带1与下微带3错位分布

具体地说，在PCB介质板的上表面分别多条上微带1，该多条上微带1之间离散分布，即多条上微带1在同一直线上依次间隔分布；所述下表面分别多条下微带3，该多条下微带3之间离散分布，即多条下微带3在同一直线上依次间隔分布。每条上微带1与相邻的下微带3之间通过金属过孔2将连接形成电通路，相邻的上微带1与下微带3之间错落分布，即通过同一金属过孔2连接的上微带1与下微带3错位分布。所述上微带和下微带分别由金属条带构成。

工作时，所述阶跃去耦结构可以在谐振频率时，电流流过的路径更长，这样等效电感更大。在天线单元间的耦合场(或耦合电流)的传播路径上由阶跃去耦结构构成的带阻滤波，利用带阻滤波结构的带阻特性，能够阻断天线间耦合路径上形成耦合场(或耦合电流)的传播路径，通过滤除耦合实现去耦的目的。仿真结果显示在不同的极化方式下能够保证良好的谐振稳定性，且单元的电尺寸大小对比于传统单元由1/8波长减小至1/32波长。所述阶跃去耦结构中的上微带和下微带数量可以根据需要设置，上微带1与下微带3数量相同或相差一个，如设置一个上微带1和一个下微带3，也可以设置三个上微带1或三个下微带3，还可以设置四个下微带3，三个或四个上微带1等。所述上微带1和下微带3数量分别为两个及以上时，优先地，多条上微带1分别位于同一直线上，多条下微带3也分别位于同一直线上。

根据需要，所述上微带1和下微带3可以设置为长条形或正方形，也可以设置其他形状。每个上微带1与每个下微带3间的金属过孔2数量可以根据需要来设置，如可以设置一个、两个或三个等。

所述上微带和下微带的层数可以是一层，也可以是两层及以上，设置两层上微带或两层下微带时，其中至少有一层设置在选用多层PCB板作为介质板的内层中设有微带层。所述上微带1或下微带3与天线位于同一水平面。

两个天线之间加入了去耦结构，在实际工程中，滤波网络结构的引入可能会引起一定的频偏，该频偏可以通过优化天线或者天线匹配来克服。

如图2所示，为了更好说明本发明，现以一个双天线系统为例进行说明。

两个微带天线，即第一天线4和第二天线5沿H面紧密放置，馈电采用同轴底馈方式，第一天线4和第二天线5工作在5.8GHz。由第一天线4和第二天线5形成的天线阵使用的介质板为罗杰斯高频线路板RO4003，其相对介电常数为3.55，厚度1.524mm。阶跃去耦结构分别上下蚀刻在第一天线4和第二天线5间的介质板上，该阶跃去耦结构与第一天线4和第二天线5在同一水平面上，该阶跃去耦结构包括设置在介质板上表面分布两条间隔分布的上微带1，介质板下表面分布三条间隔分布下微带3。每个上微带1与相邻的下微带3之间采用金属过孔2连接形成电通路，使两条上微带1与三条下微带3之间形成一个上微带1与下微带3依次交错连接，形成天线阵的阶跃去耦结构。当第一天线4受系统激励，由第一天线4非辐射边产生的场将同时激励这个阶跃去耦结构微带去耦，并使之工作在谐振模式。这个谐振能够在第一天线4和第二天线5间的水平面上形成电流传导阻带，从而滤除第一天线4和第二天线5间耦合场引起的地电流耦合，达到抑制互耦的目的。

如图3所示，为采用三维高频电磁场仿真工具软件HFSS对整个MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)天线进行仿真所得的双天线系统隔离度S参数随频率变化曲线示意图，通过在MIMO天线加入阶跃去耦结构隔离对比可以看出加入阶跃去耦结构后，在5.8GHz频点时，显示的隔离度为16.4Db,隔离效果明显。

本发明小型化多天线系统，例如比如手机，CPE，UIFI网卡等产品。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种离散式5G天线隔离系统，其特征在于，包括设置于天线间的阶跃去耦结构，该阶跃去耦结构包括蚀刻在两天线间介质板上表面的至少一上微带和下表面的至少一下微带，所述上微带与相邻的下微带通过金属过孔形成电连接，通过同一金属过孔连接的上微带与下微带错位分布。

2.根据权利要求1所述的离散式5G天线隔离系统，其特征在于，所述上微带和下微带分别为两条及以上时，所述上微带与相邻的下微带通过金属过孔形成电连接，使上微带与下微带形成依次间隔连接，通过同一金属过孔连接的上微带与下微带错位分布。

3.根据权利要求1或2所述的离散式5G天线隔离系统，其特征在于，所述介质板为罗杰斯高频线路板RO4003，其相对介电常数为3.55，厚度1.524mm。

4.根据权利要求2所述的离散式5G天线隔离系统，其特征在于，所述上微带与下微带数量相同或相差一个。

5.根据权利要求1或2所述的离散式5G天线隔离系统，其特征在于，所所述上微带和下微带分另设置为长条形或正方形。

6.根据权利要求2所述的离散式5G天线隔离系统，其特征在于，多条上微带分别位于同一直线上，多条下微带位于同一直线上。

7.根据权利要求2所述的离散式5G天线隔离系统，其特征在于，所述上微带或下微带与天线位于同一水平面。

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