CN113690596A - 一种宽带mimo天线组件及移动终端 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种宽带MIMO天线组件及移动终端，包括介质板、金属地板和天线单元，所述金属地板和所述天线单元分别位于所述介质板的两表面；所述天线单元呈T字形，且数量为多个；所述金属地板在所述天线单元的垂直投影处开设有槽缝，所述槽缝的数量为多个，且与所述天线单元一一对应，所述槽缝与所述金属地板的边缘相连通。通过多个T型的天线单元的设计，使得天线的效率较高；通过天线单元和金属地板上的槽缝配合，使得天线的带宽得到有效拓宽的同时，提高了天线的隔离度。解决了如何在保证Sub‑6G天线带宽较宽的基础上提升天线隔离度的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种宽带MIMO天线组件及移动终端。
背景技术
目前，为了提高移动终端的无线通信水平，通常会将天线设计为MIMO形式。MIMO，指两个或两个以上的同频天线同时工作。通常来讲，MIMO天线的多个同频天线具有同样的天线结构，如此产生的同频效率具有倍增的效果，从而提升了天线的收发性能。
当前，随着5G通信技术的发展，着重研究Sub-6GHz天线，3GPP定义了两个5GNR使用的FR(频率范围)，其中FR1包括了部分2/3/4G使用的频段，也新增加了一部分频段，新增频段的定义频率范围区间为450～6000MHz，由于无线频谱都在6G之下，因此新增频段通常被称为Sub-6G。
目前，Sub-6GHz天线通常采用MIMO天线的形式进行设计，虽然能够有效保证Sub-6GHz天线的辐射强度，然而目前Sub-6GHz天线设计仍存在两个难点：
首先，Sub-6GHz天线能否覆盖N77(3300～4200MHz)\N78(3300～3800MHz)\N79(4400～5000MHz)全部频段；
其次，MIMO天线间的隔离度如何保证，尤其是对于宽频带Sub-6GHz天线，要保证宽频带内较好的隔离度是比较困难的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带MIMO天线组件及移动终端，以解决如何在保证Sub-6G天线带宽较宽的基础上提升天线隔离度的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种宽带MIMO天线组件，包括介质板、金属地板和天线单元，所述金属地板和所述天线单元分别位于所述介质板的两表面；所述天线单元呈T字形，且数量为多个；所述金属地板在所述天线单元的垂直投影处开设有槽缝，所述槽缝的数量为多个，且与所述天线单元一一对应，所述槽缝与所述金属地板的边缘相连通。
可选的，在所述的宽带MIMO天线组件中，所述介质板的厚度为1.2±0.05mm，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02。
可选的，在所述的宽带MIMO天线组件中，所述介质板呈矩形，所述金属地板铺满所述介质板的一侧表面；多个所述天线单元沿所述介质板的长度方向的中心轴轴对称设置。
可选的，在所述的宽带MIMO天线组件中，所述天线单元包括第一枝节和第二枝节，所述第二枝节的一端与所述第一枝节的中部相连，另一端设置有馈电点。
可选的，在所述的宽带MIMO天线组件中，所述第一枝节与所述介质板的长边平行设置。
可选的，在所述的宽带MIMO天线组件中，所述槽缝具有呈一字型的第一槽缝和呈矩形的第二槽缝；所述第一槽缝的一端与所述第二槽缝的长边中部相连，另一端与所述金属地板的长边边缘连通；所述第二槽缝远离所述第一槽缝的长边上在靠近短边的一侧开设有开口。
可选的，在所述的宽带MIMO天线组件中，所述第一槽缝垂直所述介质板的长边设置，所述第二槽缝的长边与所述介质板的长边相平行。
可选的，在所述的宽带MIMO天线组件中，所述第一枝节的垂直投影位于所述第二槽缝所包围的区域内。
可选的，在所述的宽带MIMO天线组件中，所述天线单元相互之间的最小距离为35mm；所述第二槽缝的总长为10±0.5mm，总宽为3.5±0.5mm；所述开口的长度为1±0.05mm。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种移动终端，包括如上任一项所述的宽带MIMO天线组件。
本发明提供的宽带MIMO天线组件及移动终端，包括介质板、金属地板和天线单元，所述金属地板和所述天线单元分别位于所述介质板的两表面；所述天线单元呈T字形，且数量为多个；所述金属地板在所述天线单元的垂直投影处开设有槽缝，所述槽缝的数量为多个，且与所述天线单元一一对应，所述槽缝与所述金属地板的边缘相连通。通过多个T型的天线单元的设计，使得天线的效率较高；通过天线单元和金属地板上的槽缝配合，使得天线的带宽得到有效拓宽的同时，提高了天线的隔离度。解决了如何在保证Sub-6G天线带宽较宽的基础上提升天线隔离度的问题。
附图说明
图1为本实施例提供的宽带MIMO天线组件的结构示意图；
图2为本实施例提供的宽带MIMO天线组件的层级示意图；
图3为本实施例提供的金属地板的局部结构示意图；
图4为本实施例提供的天线单元的局部结构示意图；
图5为本实施例提供的宽带MIMO天线组件中单个天线单元的S参数仿真结果图；
图6为本实施例提供的宽带MIMO天线组件的S参数仿真结果图；
图7为本实施例提供的宽带MIMO天线组件中单个天线单元的输入阻抗的实部和虚部仿真结果图；
图8为本实施例提供的宽带MIMO天线组件中单个天线单元的电流仿真结果图；
其中，各附图标记说明如下：
100-介质板；200-金属地板；210-槽缝；211-第一槽缝，212-第二槽缝；213-开口；300-天线单元；310-第一枝节；320-第二枝节；321-馈电点。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的宽带MIMO天线组件及移动终端作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图说明中的“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，以便描述本发明的实施例，而不用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的结构在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本实施例提供一种宽带MIMO天线组件，如图1和图2所示，包括介质板100、金属地板200和天线单元300，所述金属地板200和所述天线单元300分别位于所述介质板100的两表面；所述天线单元300呈T字形，且数量为多个；所述金属地板200在所述天线单元300的垂直投影处开设有槽缝210，所述槽缝210的数量为多个，且与所述天线单元300一一对应，所述槽缝210与所述金属地板200的边缘相连通。
本实施例提供的宽带MIMO天线组件，通过多个T型的天线单元的设计，使得天线的效率较高；通过天线单元和金属地板上的槽缝配合，使得天线的带宽得到有效拓宽的同时，提高了天线的隔离度。解决了如何在保证Sub-6G天线带宽较宽的基础上提升天线隔离度的问题。
需要说明的是，在说明书附图中，为了清楚说明金属地板200中槽缝210与天线单元300的相互位置关系，在部分图示中未体现介质板100部分，但本领域技术人员应当可以依靠图2所示理解的是，在立体结构中，介质板100位于金属地板200和天线单元300之间。
还需要说明的是，说明书附图中，图1展示了8个天线单元300，但不意味着在实际应用中本实施例提供的宽带MIMO天线组件中天线单元300的数量被限制为8个。应当可以理解的是，在构成MIMO天线组件时，天线单元300的数量可以为2个、4个、6个、8个、10个或者更多个，其阵列排布的形式也不局限为两列，可以为4列或多列等。在不违背本发明主旨前提下的其他MIMO天线组件的天线单元300的排列形式也应当属于本发明的保护范围。
具体的，在本实施例中，所述介质板的厚度为1.2±0.05mm，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02。
进一步的，在本实施例中，所述介质板100呈矩形，所述金属地板200铺满所述介质板100的一侧表面；多个所述天线单元300沿所述介质板100的长度方向的中心轴轴对称设置。
通过对称设置，使得介质板沿长度方向的两侧的电磁分布较为均衡，保证移动终端在应用该宽带MIMO天线组件后天线的各处辐射性能一致，避免因外部环境的干扰而导致的天线性能损耗的问题。
在本实施例中，如图3所示，所述槽缝210具有呈一字型的第一槽缝211和呈矩形的第二槽缝212；所述第一槽缝211的一端与所述第二槽缝212的长边中部相连，另一端与所述金属地板200的长边边缘连通；所述第二槽缝212远离所述第一槽缝211的长边上在靠近短边的一侧开设有开口213。
通过槽缝210的设计，能够使得槽缝210与天线单元300之间产生耦合，不仅可以拓宽天线的带宽，还有利于提高天线的隔离度。
较佳的，在本实施例中，所述第一槽缝211垂直所述介质板100的长边设置，所述第二槽缝212的长边与所述介质板100的长边相平行。如此，可以在正交的环境下使得天线的隔离度得到最优化。
另外，在本实施例中，如图4所示，所述天线单元300包括第一枝节310和第二枝节320，所述第二枝节320的一端与所述第一枝节310的中部相连，另一端设置有馈电点321。
较佳的，在本实施例中，所述第一枝节310与所述介质板100的长边平行设置。即，第二枝节320与介质板100的长边垂直设置。如此，可以使得在正交的环境下提高天线的耦合效率，从而提升天线的收发性能。
当所述第一枝节310与所述介质板100的长边平行设置，同时所述第一槽缝211垂直所述介质板100的长边设置，所述第二槽缝212的长边与所述介质板100的长边相平行时，本实施例提供的宽带MIMO天线组件不仅具有较好的辐射收发性能，还具有较宽的带宽，此外天线的隔离度也较佳，为宽带MIMO天线组件的最佳设计方案。
为了提高天线单元300与槽缝210之间的缝隙效应，从而提升天线的隔离度，在本实施例中，所述第一枝节310的垂直投影位于所述第二槽缝212所包围的区域内，同时，第二枝节320背离所述介质板100的长边边缘设置，使得馈电点321位于介质板100的中部。
发明人通过理论推导和实际仿真模拟发现，为在保证带宽的基础上具有较好的隔离度，所述天线单元300相互之间的最小距离应当为35mm；所述第二槽缝212的总长为10±0.5mm，总宽为3.5±0.5mm；所述开口213的长度为1±0.05mm。
本实施例还提供一种移动终端，包括本实施例提供的宽带MIMO天线组件。移动终端包括但不限于手机、笔记本电脑等。
以下，以一具体实施例说明本发明提供的宽带MIMO天线组件。
在本实施例中，介质板100选择厚度为1.2±0.05mm，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02，长×宽为150mm×75mm，为标准手机尺寸。
如图1所示，宽带MIMO天线组件包括8个天线单元300，8个天线单元300位于介质板100的正面，且分为两列，两列天线单元300沿介质板100的长度方向的中心轴轴对称分布，8个天线单元300靠近介质板100的长边边缘设置。在介质板100的背面铺设有铜板作为金属地板200，金属地板200上对应于天线单元300开设有8个槽缝。
如图3和图4所示，天线单元300包括呈T型连接的第一枝节310和第二枝节320，第二枝节320垂直于介质板100的长边，且在靠近介质板100中部的一端设置有馈电点321。槽缝210包括相互连通的第一槽缝211和第二槽缝212，第一槽缝使得金属地板200的边缘具有开口，第二槽缝212的中部与第一槽缝211相连，且在靠近介质板100中部的区域开设有开口213。较佳的，第一槽缝211将第二槽缝212的长边分割为长度不等的两段，当第二槽缝212的总长为10mm时，第一段的长度可以为5mm，第二段的长度可以为4.7mm，第一槽缝211的宽度为0.3mm。第二槽缝212的总宽可以为3.2mm。开口213设置于第二槽缝212靠近介质板100中部的一侧长边上，且靠近一侧短边设置，具体的靠近长度为5mm一侧的短边设置，开口的长度为1mm。
此外，天线单元300的第一枝节310的长度可以为7.2mm，其在金属地板200上的垂直投影包围在第二槽缝212内。相邻两个天线单元300之间的距离在本实施例中定义为35mm。
以上述宽带MIMO天线组件进行仿真测试，其单个天线单元的S参数仿真结果如图5所示，整个宽带MIMO天线组件的S参数仿真结果如图6所示。从图5可以看出，天线单元在3～6GHz频带内的S11＜-6dB，说明天线实现了很好的谐振，同时高达3GHz的带宽相较于一般天线而言是非常宽的频带，满足Sub-6G的通信需求。从图6可以看出，对应8MIMO天线系统的带内(3～6GHz频带内)的隔离度也超过11dB，说明本实施例提供的宽带MIMO天线的性能也可得到基本保证。
图7为本实施例提供的宽带MIMO天线组件中单个天线单元的输入阻抗的实部和虚部仿真结果图，其中，Re_Pro和Im_Pro分别表示本实施例提供的宽带MIMO天线组件的实部和虚部的仿真结果；Re_Ref和Im_Ref分别表示将本实施例提供的宽带MIMO天线组件中去除天线单元的实部和虚部的仿真结果。从图7中可以看出，引入天线单元后的天线会在高频6GHz附近多出一个谐振点，因此会存在一个三个谐振点(红圈所示)正好可以覆盖3～6GHz范围的频段，而去掉天线组件则只能产生两个谐振点，如图中的绿色圈所示。因此可以得出结果，天线组件在槽缝中的扰动激励起了新的模式，实现了更宽的带宽覆盖。
图8为本实施例提供的宽带MIMO天线组件中单个天线单元的电流仿真结果图。从图8中可以看出，天线在3GHz(a)、4.5GHz(b)和5.8GHz(c)的频段的频点，可发现上述三个频点的电流分布均不同，图中蓝色虚线标出了各频点主要的电流路径。这里需要特别注意，天线单元的引入并不直接产生新的频率，而是通过引起扰动实现槽缝在5.8GHz附近的新的谐振，通过改变槽缝天线的边界条件实现天线多模谐振。
总结来说，本实施例提出的宽带MIMO天线组件，可以覆盖3～6GHz的超宽频带，且对应的8MIMO天线系统的带内隔离度＞11dB，可应用于5G移动终端。
综上所述，本实施例提供的宽带MIMO天线组件及移动终端，包括介质板、金属地板和天线单元，所述金属地板和所述天线单元分别位于所述介质板的两表面；所述天线单元呈T字形，且数量为多个；所述金属地板在所述天线单元的垂直投影处开设有槽缝，所述槽缝的数量为多个，且与所述天线单元一一对应，所述槽缝与所述金属地板的边缘相连通。通过多个T型的天线单元的设计，使得天线的效率较高；通过天线单元和金属地板上的槽缝配合，使得天线的带宽得到有效拓宽的同时，提高了天线的隔离度。解决了如何在保证Sub-6G天线带宽较宽的基础上提升天线隔离度的问题。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种宽带MIMO天线组件，其特征在于，包括介质板、金属地板和天线单元，所述金属地板和所述天线单元分别位于所述介质板的两表面；所述天线单元呈T字形，且数量为多个；所述金属地板在所述天线单元的垂直投影处开设有槽缝，所述槽缝的数量为多个，且与所述天线单元一一对应，所述槽缝与所述金属地板的边缘相连通。
2.根据权利要求1所述的宽带MIMO天线组件，其特征在于，所述介质板的厚度为1.2±0.05mm，介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02。
3.根据权利要求1所述的宽带MIMO天线组件，其特征在于，所述介质板呈矩形，所述金属地板铺满所述介质板的一侧表面；多个所述天线单元沿所述介质板的长度方向的中心轴轴对称设置。
4.根据权利要求1所述的宽带MIMO天线组件，其特征在于，所述天线单元包括第一枝节和第二枝节，所述第二枝节的一端与所述第一枝节的中部相连，另一端设置有馈电点。
5.根据权利要求4所述的宽带MIMO天线组件，其特征在于，所述第一枝节与所述介质板的长边平行设置。
6.根据权利要求5所述的宽带MIMO天线组件，其特征在于，所述槽缝具有呈一字型的第一槽缝和呈矩形的第二槽缝；所述第一槽缝的一端与所述第二槽缝的长边中部相连，另一端与所述金属地板的长边边缘连通；所述第二槽缝远离所述第一槽缝的长边上在靠近短边的一侧开设有开口。
7.根据权利要求6所述的宽带MIMO天线组件，其特征在于，所述第一槽缝垂直所述介质板的长边设置，所述第二槽缝的长边与所述介质板的长边相平行。
8.根据权利要求7所述的宽带MIMO天线组件，其特征在于，所述第一枝节的垂直投影位于所述第二槽缝所包围的区域内。
9.根据权利要求1所述的宽带MIMO天线组件，其特征在于，所述天线单元相互之间的最小距离为35mm；所述第二槽缝的总长为10±0.5mm，总宽为3.5±0.5mm；所述开口的长度为1±0.05mm。
10.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的宽带MIMO天线组件。
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| KUIXI YAN 等: "Eight-Antenna Array in the 5G Smartphone for the Dual-Band MIMO System", 《2018 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ANTENNAS AND PROPAGATION & USNC/URSI NATIONAL RADIO SCIENCE MEETING》 * |
| SHU-MIN LIAO 等: "Wideband miniaturized 8-element sub-6 GHz MIMO antenna system for mobile handset applications", 《IEICE ELECTRONICS EXPRESS》, pages 2 * |
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