CN113540790A - Mimo天线及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线技术领域，提供一种MIMO天线及电子设备。该MIMO天线包括基板、主天线和第一副天线，主天线工作于第一频段，主天线印刷于基板的表面，主天线的数量为两个，第一副天线工作于第二频段，第一副天线印刷于基板的表面，第一副天线的数量为两个，第一个第一副天线靠近第三板边设置，第二个第一副天线靠近第四板边设置。本发明提供的MIMO天线及电子设备，主天线及第一副天线均为印刷结构，有效地降低了MIMO天线的加工生产和组装难度，且不存在空间插件，天线剖面高度低，解决了现有的天线存在加工成本高、组装复杂及天线剖面高的技术问题，从而提高了MIMO天线在不同通信模块下的通用性。

Description

MIMO天线及电子设备

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是涉及一种MIMO天线及电子设备。

背景技术

天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。为使天线能够正常长久的使用，需要将天线的天线模块装至电子设备内，并由内部引出线缆与外部连接。

随着第五代移动通信技术(5G技术)的广泛应用，第五代移动通信产品带来高速大流量的同时也增加了移动终端的天线数量。第一代移动通信产品至第三代移动通信产品只需配置一根天线，第四代移动通信产品需要配置两根天线，而到了第五代移动通信产品需要配置至少四根天线，再加上有些电子设备还需要配置WiFi天线、GPS天线、蓝牙天线等，导致天线数量大大增加。并且，众多天线随意摆放，空间占用尺寸大，造成最终电子设备体积过大。

为解决以上问题，根据发明人了解到的相关技术，部分技术方案是将多根5GNR多频段天线高度集成于天线盒内，且天线盒内各天线系统相对位置固化、确保了天线间隔离度的一致性，从而保证电子设备的MIMO(Multi Input Multi Output，多输入多输出)性能的稳定。

相关技术中，集成天线盒内的天线形式主要包括三种，分别是PCB(印刷电路板)+金属插件形式、PCB+FPC(柔性电路板)+塑料支架形式、以及PCB+金属件+塑料支架形式。然而，这三类天线形式存在加工成本高、组装复杂及天线剖面高的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MIMO天线及电子设备，旨在解决现有的天线存在加工成本高、组装复杂及天线剖面高的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种MIMO天线，包括基板、主天线和第一副天线，所述基板具有第一板边、与所述第一板边相对的第二板边、位于所述第一板边和第二板边之间的第三板边、以及与所述第三板边相对的第四板边，所述主天线工作于第一频段，所述主天线印刷于所述基板的表面，所述主天线的数量为两个，其中一个所述主天线靠近所述第一板边设置，另一个所述主天线靠近所述第二板边设置，所述第一副天线工作于第二频段，所述第一副天线印刷于所述基板的表面，所述第一副天线的数量为两个，第一个所述第一副天线靠近所述第三板边设置，第二个所述第一副天线靠近所述第四板边设置。

在其中一个实施例中，所述主天线包括第一loop结构和与所述第一loop结构间隔设置的第一耦合馈电结构，所述第一耦合馈电结构包括第一单极子枝节和第一loop枝节，所述第一loop枝节连接于所述第一单极子枝节的一端。

在其中一个实施例中，所述第一loop结构设有用于焊接第一同轴线的内芯的第一焊盘，所述基板设有与所述第一焊盘间隔设置的第二焊盘，所述第二焊盘用于焊接所述第一同轴线的外芯，所述第一单极子枝节的另一端设有第一接地过孔。

在其中一个实施例中，所述第一频段为0.7GHz～1.08GHz、1.55GHz～2.69GHz以及3.3GHz～6GHz。

在其中一个实施例中，所述第二频段为3.6GHz～5.5GHz。

在其中一个实施例中，两个所述主天线关于所述第三板边的中垂线对称分布。

在其中一个实施例中，两个所述第一副天线相对所述基板的中心呈中心对称分布。

在其中一个实施例中，所述MIMO天线还包括印刷于所述基板的表面的两个第二副天线，所述第二副天线工作于第三频段，两个所述第二副天线靠近所述第三板边设置且分别位于第一个所述第一副天线的两侧。

在其中一个实施例中，所述第三频段为1.66GHz～2.85GHz和3.3GHz～5GHz。

在其中一个实施例中，所述MIMO天线还包括均印刷于所述基板的表面的第三副天线和第四副天线，所述第三副天线和所述第四副天线靠近所述第四板边设置，所述第三副天线和所述第四副天线分别位于第二个所述第一副天线的两侧，所述第三副天线工作于第四频段，所述第四副天线工作于第五频段。

在其中一个实施例中，所述MIMO天线还包括间隔设置的两个WiFi天线，所述WiFi天线印刷于所述基板的表面中部。

在其中一个实施例中，所述WiFi天线包括印刷于所述基板一侧表面的T型天线和印刷于所述基板另一侧表面的双L型缝隙天线，所述T型天线和所述双L型缝隙天线相耦合。

在其中一个实施例中，所述WiFi天线的工作频率为2.23GHz～2.60GHz和5.18GHz～6.01GHz。

在其中一个实施例中，两个所述WiFi天线关于所述第三板边的中垂线对称分布。

本发明还提供了一种电子设备，包括上述任意一项所述的MIMO天线。

本发明提供的MIMO天线及电子设备的有益效果是：主天线及第一副天线沿基板的边缘分布设置，在有限面积的基板上实现多天线的布局，确保天线之间的隔离度，在空间要求严格情况下满足多频段天线高度集成的设计要求，同时，主天线及第一副天线均为印刷结构，有效地降低了MIMO天线的加工生产和组装难度，且不存在空间插件，天线剖面高度低，解决了现有的天线存在加工成本高、组装复杂及天线剖面高的技术问题，从而提高了MIMO天线在不同通信模块下的通用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的MIMO天线的透视图；

图2为图1中的MIMO天线的一侧表面的示意图；

图3为图1中的MIMO天线的另一侧表面的示意图；

图4为图1中的MIMO天线的主天线的安装示意图；

图5为图4中的主天线的仿真结果的示意图；

图6为图1中的MIMO天线的第一副天线的安装示意图；

图7为图6中的第一副天线的仿真结果的示意图；

图8为图1中的MIMO天线的第二副天线的安装示意图

图9为图8中的第二副天线的仿真结果的示意图；

图10为图1中的MIMO天线的第三副天线的安装示意图

图11为图10中的第三副天线的仿真结果的示意图；

图12为图1中的MIMO天线的第四副天线的安装示意图；

图13为图12中的第四副天线的仿真结果的示意图；

图14为图1中的WiFi天线的仿真结果的示意图。

其中，图中各附图标记：

100—基板，101—第一板边，102—第二板边，103—第三板边，104—第四板边，105—第二焊盘，106—第四焊盘，107—第六焊盘，108—第八焊盘，109—第十焊盘；

200—主天线，210—第一loop结构，211—第一焊盘，220—第一耦合馈电结构，221—第一单极子枝节，222—第一loop枝节，223—第一接地过孔；

300—第一副天线，310—第三焊盘；

400—第二副天线，410—第二loop结构，411—第五焊盘，420—第二耦合馈电结构，421—第二单极子枝节，422—第二loop枝节，423—第二接地过孔；

500—第三副天线，510—第三单极子枝节，511—第七焊盘，520—短路耦合枝节，521—第三接地过孔；

600—第四副天线，610—第九焊盘；

700—WiFi天线，710—T型天线，720—双L型缝隙天线。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。

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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。

请参考图1至图3，本发明提供了一种MIMO天线，包括基板100、主天线200和第一副天线300。基板100具有第一板边101、与第一板边101相对的第二板边102、位于第一板边101和第二板边102之间的第三板边103、以及与第三板边103相对的第四板边104。

主天线200工作于第一频段，主天线200印刷于基板100的表面，主天线200的数量为两个，其中一个主天线200靠近第一板边101设置，另一个主天线200靠近第二板边102设置。

第一副天线300工作于第二频段，第一副天线300印刷于基板100的表面，第一副天线300的数量为两个，第一个第一副天线300靠近第三板边103设置，第二个第一副天线300靠近第四板边104设置。

其中，主天线200及第一副天线300沿基板100的边缘分布设置，在有限面积的基板100上实现多天线的布局，确保天线之间的隔离度，在空间要求严格情况下满足多频段天线高度集成的设计要求。同时，主天线200及第一副天线300均为印刷结构，有效地降低了MIMO天线的加工生产和组装难度，且不存在空间插件，天线剖面高度低，解决了现有的天线存在加工成本高、组装复杂及天线剖面高的技术问题，从而提高了MIMO天线在不同通信模块下的通用性。

此外，主天线200及第一副天线300沿基板100的边缘分布，有利于电磁波的发射和接收。相同工作频段的两个天线在基板100上相对设置，且相同工作频段的两个天线之间还设置有其他工作频率的天线，能够提高同频率天线的隔离度，提高MIMO天线的传输效率。

具体地，基板100呈矩形，为印刷电路板。基板100包括介质面和地面。接地过孔能够将位于介质面的天线与地面连接，实现接地。

具体地，第一板边101的长度和第二板边102的长度相同，第三板边103的长度和第四板边104的长度相同。第一板边101的长度小于第三板边103的长度。

可选地，第三板边103的长度为133mm，第一板边101的长度为75mm，基板100的厚度为1mm，整个MIMO天线体积小，集成的天线多，而且能够覆盖5G模块全频段，通用性强。

具体地，主天线200及第一副天线300通过腐蚀工艺置于基板100的表面，制造工艺简单、加工成本低。

具体地，第一频段与第二频段不同。

本实施例中，请参考图4和图5，第一频段为0.7GHz～1.08GHz、1.55GHz～2.69GHz以及3.3GHz～6GHz。也就是说，主天线200满足5GNR要求下FR1对应的Sub6以内的频段要求，实现5G通信的全频段覆盖。

需要说明的是，5GNR(5G New Radio)是基于OFDM的全新空口设计的全球性5G标准。频率范围FR1是指5G Sub-6GHz(6GHz以下)频段。

还需要说明的是，S11是S参数中的一个，表示回波损耗特性。请参考图5，对主天线200进行仿真计算，在0.7GHz～1.08GHz、1.55GHz～2.69GHz以及3.3GHz～6GHz频段内，S11参数低于-6dB，满足对应频段的传输要求。

本实施例中，请参考图2，两个主天线200关于第三板边103的中垂线对称分布，不仅使得MIMO天线结构紧凑，而且简化MIMO天线的设计，有利于MIMO天线的场型对称。

此外，两个主天线200对称设置，走线简单，通用性强，有效降低了材料成本。

在本发明的一个实施例中，请参考图2和图4，主天线200包括第一loop结构210和与第一loop结构210间隔设置的第一耦合馈电结构220，第一耦合馈电结构220包括第一单极子枝节221和第一loop枝节222，第一loop枝节222连接于第一单极子枝节221的一端。如此，主天线200采用loop结构和耦合馈电技术，能够实现多频段覆盖，提高MIMO天线的通用性。

具体地，请参考图4，第一loop结构210设有用于焊接第一同轴线(图未示)的内芯的第一焊盘211，基板100设有与第一焊盘211间隔设置的第二焊盘105，第二焊盘105用于焊接第一同轴线的外芯，第一单极子枝节221的另一端设有第一接地过孔223。第一焊盘211和第二焊盘105配合连接第一同轴线，有利于焊接自动化，进一步降低MIMO天线的组装难度和加工成本。

本实施例中，请参考图6和图7，第一副天线300为单极子天线。

本实施例中，第二频段为3.6GHz～5.5GHz。也就是说，第一副天线300覆盖频率范围FR1内的高频频段。

请参考图7，发明人对第一副天线300进行仿真计算，在3.6GHz～5.5GHz频段内，S11参数低于-6dB，满足对应频段的传输要求。

具体地，请参考图6，第一副天线300设有用于焊接第二同轴线的内芯的第三焊盘310，基板100设有与第二焊盘105间隔设置的第四焊盘106。

本实施例中，请参考图2，两个第一副天线300相对基板100的中心呈中心对称分布，使得MIMO天线结构紧凑，提高了MIMO天线的辐射效率。

其中，基板100的中心是指基板100的几何中心。中心对称是指把一个图形绕着某一点旋转180°，如果它能够到达另一个图形位置，那么就说这两个图形关于这个点呈中心对称。

具体地，两个主天线200关于第三板边103的中垂线对称分布，两个第一副天线300位于第三板边103的中垂线上，在基板100的有限面积上，两个第一副天线300位于离主天线200的位置最远，有效保证天线之间的隔离度。

本发明的又一实施例中，请参考图2和图8，MIMO天线还包括印刷于基板100的表面的两个第二副天线400，第二副天线400工作于第三频段，两个第二副天线400靠近第三板边103设置且分别位于第一个第一副天线300的两侧。

第二频段和第三频段不同。第一副天线300能够提高同频率的两个第二副天线400的隔离度。

其中，请参考图8，第二副天线400包括第二loop结构410和与第二loop结构410间隔设置的第二耦合馈电结构420，第二耦合馈电结构420包括第二单极子枝节421和第二loop枝节422，第二loop枝节422连接于第二单极子枝节421的一端。

具体地，请参考图8，第二loop结构410设有用于焊接第三同轴线的内芯的第五焊盘411，基板100设有与第五焊盘411间隔设置的第六焊盘107，第六焊盘107用于焊接第三同轴线的外芯，第二单极子枝节421的端部设有第二接地过孔423。

本实施例中，请参考图9，第三频段为1.66GHz～2.85GHz和3.3GHz～5GHz。对第二副天线400进行仿真计算，在1.66GHz～2.85GHz和3.3GHz～5GHz频段内，S11参数低于-6dB，满足对应频段的传输要求。

在本发明的又一实施例中，请参考图2、图10和图12，MIMO天线还包括均印刷于基板100的表面的第三副天线500和第四副天线600，第三副天线500和第四副天线600靠近第四板边104设置，第三副天线500和第四副天线600分别位于第二个第一副天线300的两侧，第三副天线500工作于第四频段，第四副天线600工作于第五频段。

具体地，第三副天线500包括第三单极子枝节510和与第三单极子枝节510间隔设置的短路耦合枝节520。

进一步地，请参考图10，第三单极子枝节510设有用于焊接第四同轴线的内芯的第七焊盘511，基板100设有与第七焊盘511间隔设置的第八焊盘108，第八焊盘108用于焊接第四同轴线的外芯，短路耦合枝节520的端部设有第三接地过孔521。

具体地，请参考图11，第四频段覆盖2.19GHz～2.87GHz和3.65GHz～4.57GHz。

发明人对第三副天线500进行仿真计算，在2.19GHz～2.87GHz和3.65GHz～4.57GHz频段内，S11参数低于-6dB，满足对应频段的传输要求。

具体地，第四副天线600为单极子天线。

进一步地，请参考图12，第四副天线600设有用于焊接第五同轴线的内芯的第九焊盘610，基板100设有与第九焊盘610间隔设置的第十焊盘109，第十焊盘109用于焊接第五同轴线的外芯。

具体地，请参考图13，第五频段为3.08GHz～4.72GHz。

发明人对第四副天线600进行仿真计算，在3.08GHz～4.72GHz频段内，S11参数低于-6dB，满足对应频段的传输要求。

在前述实施例的基础上，上述MIMO天线包括了2个主天线200、2个第一副天线300、2个第二副天线400、1个第三副天线500和1个第四副天线600，且均为5G天线，一共8根5G天线，弥补了市面上没有4端口以上的MIMO天线的缺口，能够使得4端口以上的5G模块方案充分发挥其无线吞吐性能。

其中，2个主天线200、2个第一副天线300、2个第二副天线400、1个第三副天线500和1个第四副天线600均印刷于基板100的同一表面，便于同轴线的焊接。

本发明的又一实施例中，请参考图1，MIMO天线还包括间隔设置的两个WiFi天线700，WiFi天线700印刷于基板100的表面中部。类似地，WiFi天线700为印刷结构，有效地降低了MIMO天线的加工生产和组装难度，且不存在空间插件，天线剖面高度低。

具体地，请参考图2和图3，WiFi天线700包括印刷于基板100一侧表面的T型天线710和印刷于基板100另一侧表面的双L型缝隙天线720，T型天线710和双L型缝隙天线720相耦合，充分利用了基板100的两侧空间，有利于天线的集成。

其中，双L型缝隙天线720是指包括两个间隔设置的缝隙天线，缝隙天线的形态呈L型。T型天线710和双L型缝隙天线720相对设置。

具体地，请参考图14，发明人对WiFi天线700进行仿真计算，在2.23GHz～2.60GHz和5.18GHz～6.01GHz频段内，S11参数低于-6dB，满足对应频段的传输要求。也就是说，WiFi天线700的工作频率为2.23GHz～2.60GHz和5.18GHz～6.01GHz，从而满足WiFi2.4G和5.8G的使用要求。

在其中一个实施例中，请参考图1，两个WiFi天线700关于第三板边103的中垂线对称分布。

综上，在Sub-6GHz频段，5G天线设计面临的主要挑战来源于大规模MIMO技术带来的天线数量增长。在多天线的部署中，每个天线间需要间隔一定距离才能实现多天线的去耦合。然而，体积尽可能小的工业设计要求导致天线的设计空间被极度压缩，因此如何在受限的空间中“塞下”更多的天线成为了MIMO天线设计的瓶颈问题之一，并且MIMO天线还需要覆盖5G多频段覆盖，进一步加大了5G天线的设计难度。

本发明提供的MIMO天线，形态结构紧凑、空间利用率高，实现了8根5G天线及2根双频WiFi天线700的整体小型化布局，由于所有天线均采用PCB印刷结构，使得天线剖面大幅降低，同时也降低了天线的生产和组装成本，保证了天线批量化生产的性能一致性。

其中，请参考图5、图7、图9、图11、图13和图14，对回波损耗以-6dB为标准划线，可以看出所有的S11参数均达到性能标准。说明各个天线匹配良好，且任意两个同频段之间的耦合度很低。

本发明还提供了一种电子设备，包括上述任意一项的MIMO天线。上述MIMO天线应用于电子设备中，使得电子设备体积小巧，且能够满足多频段通信要求。

该电子设备具有上述任一具体实施中的MIMO天线的有益效果，在此不在一一赘言。

可选地，电子设备为天线盒、手机终端、平板电脑或智能汽车。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种MIMO天线，其特征在于：包括基板、主天线和第一副天线，所述基板具有第一板边、与所述第一板边相对的第二板边、位于所述第一板边和第二板边之间的第三板边、以及与所述第三板边相对的第四板边，所述主天线工作于第一频段，所述主天线印刷于所述基板的表面，所述主天线的数量为两个，其中一个所述主天线靠近所述第一板边设置，另一个所述主天线靠近所述第二板边设置，所述第一副天线工作于第二频段，所述第一副天线印刷于所述基板的表面，所述第一副天线的数量为两个，第一个所述第一副天线靠近所述第三板边设置，第二个所述第一副天线靠近所述第四板边设置。

2.根据权利要求1所述的MIMO天线，其特征在于：所述主天线包括第一loop结构和与所述第一loop结构间隔设置的第一耦合馈电结构，所述第一耦合馈电结构包括第一单极子枝节和第一loop枝节，所述第一loop枝节连接于所述第一单极子枝节的一端。

3.根据权利要求2所述的MIMO天线，其特征在于：所述第一loop结构设有用于焊接第一同轴线的内芯的第一焊盘，所述基板设有与所述第一焊盘间隔设置的第二焊盘，所述第二焊盘用于焊接所述第一同轴线的外芯，所述第一单极子枝节的另一端设有第一接地过孔。

4.根据权利要求1所述的MIMO天线，其特征在于：所述MIMO天线满足以下情况中的至少一种：

所述第一频段为0.7GHz～1.08GHz、1.55GHz～2.69GHz以及3.3GHz～6GHz；

所述第二频段为3.6GHz～5.5GHz；

两个所述主天线关于所述第三板边的中垂线对称分布；

两个所述第一副天线相对所述基板的中心呈中心对称分布。

5.根据权利要求1所述的MIMO天线，其特征在于：所述MIMO天线还包括印刷于所述基板的表面的两个第二副天线，所述第二副天线工作于第三频段，两个所述第二副天线靠近所述第三板边设置且分别位于第一个所述第一副天线的两侧。

6.根据权利要求5所述的MIMO天线，其特征在于：所述第三频段为1.66GHz～2.85GHz和3.3GHz～5GHz。

7.根据权利要求1所述的MIMO天线，其特征在于：所述MIMO天线还包括均印刷于所述基板的表面的第三副天线和第四副天线，所述第三副天线和所述第四副天线靠近所述第四板边设置，所述第三副天线和所述第四副天线分别位于第二个所述第一副天线的两侧，所述第三副天线工作于第四频段，所述第四副天线工作于第五频段。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的MIMO天线，其特征在于：所述MIMO天线还包括间隔设置的两个WiFi天线，所述WiFi天线印刷于所述基板的表面中部。

9.根据权利要求8所述的MIMO天线，其特征在于：所述WiFi天线满足以下情况中的至少一种：

所述WiFi天线包括印刷于所述基板一侧表面的T型天线和印刷于所述基板另一侧表面的双L型缝隙天线，所述T型天线和所述双L型缝隙天线相耦合；

所述WiFi天线的工作频率为2.23GHz～2.60GHz和5.18GHz～6.01GHz；

两个所述WiFi天线关于所述第三板边的中垂线对称分布。

10.一种电子设备，其特征在于：包括权利要求1至9任意一项所述的MIMO天线。

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