CN113889760A - 一种用于5g移动通信的紧凑去耦mimo终端天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于5G移动通信的紧凑去耦MIMO终端天线，所述天线其主要包括：一块主基板、两块小基板、八个天线单元；两块小基板垂直放置于主基板两侧，每个所述小基板上分别放置四个所述天线单元并分为两个天线对，每个所述天线对中的天线单元互成镜像对称，每个天线对中的天线单元之间加载集总电感元件，与天线单元间的容性耦合形成LC并联带阻滤波电路；所述天线单元，由第一IFA天线和第二IFA天线组成，每个天线单元由连接器从基板背部通过过孔连接到微带线馈电。本发明实现了天线结构的小型化设计，能够满足覆盖5G移动通信频段的应用需求以及终端天线的小型化设计趋势。

Description

一种用于5G移动通信的紧凑去耦MIMO终端天线
技术领域
本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种用于5G移动通信的紧凑去耦MIMO终端天线。
背景技术
随着第五代移动通信(5G)技术的迅速发展，为无线通信系统提供了更高的吞吐量和更短的延迟。多输入多输出(MIMO)作为5G系统的关键技术之一，可以在不占用额外频谱或功率资源的情况下提高信道容量。在5G智能手机中，采用4至8个工作在6GHz以下的MIMO天线，为单个用户同时传输多个数据流。然而，由于现代智能移动终端空间分配有限和环境复杂，用于5G移动通信的MIMO天线的设计主要面临两大挑战。第一，利用有效的解耦技术来减小多天线系统所占据的空间面积，以适应尺寸有限的环境。第二，天线应与终端边框组合设计，这在主流智能移动终端中得到了广泛应用。近几年，一些研究对八单元MIMO终端天线系统提供了很好的解决方案，但是这些设计中很多都是采用传统的去耦技术，其设计的天线不仅去耦结构较为复杂，而且所占据的空间资源也很大。因此，为了适应当代移动终端天线的小型化设计需要，如何保证天线高隔离度的同时简化去耦结构对于MIMO天线的小型化设计非常关键。
发明内容
为了能在不影响MIMO终端天线本身性能特点的同时实现MIMO终端天线的小型化设计，本发明提供了一种用于5G移动通信的紧凑去耦MIMO终端天线，所述MIMO终端天线其主要包括：主基板、第一小基板、第二小基板、第一至第四共四个天线对以及集总电感元件；所述天线对由两个天线单元组成，每个天线对中的两个天线单元之间加载集总电感元件，且两个天线单元镜像对称；所述第一小基板和所述第二小基板均垂直放置于主基板两侧，所述第一和第二天线对放置在所述第一小基板上，所述第三和第四天线对放置在所述第二小基板上。每个天线单元由连接器从主基板下方通过过孔连接到微带线进行馈电。所述天线单元，由第一IFA天线和第二IFA天线组成，所述第一IFA天线由位于第一小基板内侧或第二小基板内侧的弯曲枝节与相应的外侧接地枝节构成，所述第二IFA天线由位于第一小基板外侧或者第二小基板的外侧的弯曲枝节与相应的接地枝节构成。所述每个天线对中的天线单元之间加载集总电感元件，具体为通过所述天线单元的第二IFA天线之间来加载集总电感元件。
进一步的，所述主基板大小为150mm×75mm，所述小基板大小为150mm×7mm。
进一步的，所述主基板材质为FR-4，厚度为0.8mm，相对介电常数εr＝4.3，损耗角正切tanδ＝0.025，所述小基板材质为FR-4，厚度为0.8mm，相对介电常数εr＝4.3，损耗角正切tanδ＝0.025，每个所述天线对所占据小基板的宽度为26.2mm。
进一步的，所述连接器为SMA连接器，所述微带线阻抗为50Ω。
进一步的，所述微带线与天线之间增加匹配调节段用来改善天线的辐射性能。所述匹配调节段为长方形，其宽度大于微带线宽度。
本发明的有益效果：本发明实现了天线结构的小型化设计，能够满足覆盖5G移动通信频段的应用需求以及终端天线的小型化设计趋势，相对于利用传统去耦方法的MIMO终端天线，本发明的优点在于通过在一个天线对中的两天线单元间加载集总电感元件，与天线单元间的容性耦合形成LC并联带阻滤波电路，从而阻断该耦合路径，实现天线单元之间的高隔离，通过采用这种方法取代传统的去耦结构设计，能在不影响天线本身性能特点的同时实现天线的小型化设计。
附图说明
图1为MIMO终端天线结构示意图。
图2为MIMO终端天线的侧视图。
图3为位于小基板内侧IFA天线结构示意图。
图4为位于小基板外侧IFA天线结构示意图。
图5为天线单元馈电结构示意图。
图6为一个天线对的S参数。
图7为一端口馈电时MIMO终端天线3.5GHz的3D方向图。
图8为一端口馈电时MIMO终端天线3.5GHz的E面方向图。
图9为一端口馈电时MIMO终端天线3.5GHz的H面方向图。
图10为MIMO终端天线的增益曲线。
图中：1.主基板，2.第一小基板，3.第二小基板，41.第一天线对，42.第二天线对，43.第三天线对，44.第四天线对，5.集总电感元件，6.微带线，7.匹配调节段。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本发明提出了一种用于5G移动通信的紧凑去耦MIMO终端天线，如图1所示，所述天线包括主基板1、第一小基板2、第二小基板3、第一天线对41、第二天线对42、第三天线对43、第四天线对44以及集总电感元件5；第一至第四天线对均由两个天线单元组成，每个天线对中的两个天线单元之间加载集总电感元件5，且两个天线单元镜像对称；所述第一小基板2和所述第二小基板3均垂直放置于主基板1两侧，所述第一天线对41和第二天线对42放置在所述第一小基板2上，所述第三天线对43和第四天线对44放置在所述第二小基板3上。所述天线单元，由第一IFA天线和第二IFA天线组成，所述第一IFA天线由位于第一小基板2内侧或第二小基板3内侧的弯曲枝节与对应的外侧接地枝节构成，所述第二IFA天线由位于第一小基板2外侧或者第二小基板3的外侧的弯曲枝节与对应的接地枝节构成。所述每个天线对中的天线单元之间加载集总电感元件5，具体为通过所述天线单元的第二IFA天线之间来加载集总电感元件5。集总电感元件5与天线单元间的容性耦合形成LC并联带阻滤波电路。每个天线单元由SMA连接器从主基板1背部通过过孔连接到50Ω微带线6进行馈电。
上述MIMO终端天线通过在一个天线对中的两天线单元间加载集总电感元件，并与天线单元间的容性耦合形成LC并联带阻滤波电路，从而阻断该耦合路径，实现天线单元之间的高隔离，通过采用这种方法取代传统的去耦结构设计，能在不影响天线本身性能特点的同时实现天线的小型化设计。
在其中一个实施例中，所有天线单元位于移动终端的第一小基板2和第二小基板3上，系统主基板1的尺寸采用市场上手持终端的一般规格尺寸，大小为150mm×75mm，第一小基板2和第二小基板3(尺寸为150mm×7mm)垂直放置于主基板1两侧，第一小基板2和第二小基板3分别放置四个天线单元。主基板1、第一小基板2和第二小基板3的材质均为FR-4，基板厚度均为0.8mm，相对介电常数εr＝4.3，损耗角正切tanδ＝0.025。图2给出了该MIMO终端天线的侧视图，图中a1、a2、a3和a4点处均为端口，从图中可以看出，第一小基板2上的四个天线单元分为两个天线对，第二小基板3上的四个天线单元分为两个天线对，每个天线对所占据第一小基板或者第二小基板的宽度为26.2mm。每个天线单元由SMA连接器从基板背部通过过孔连接到阻抗为50Ω的微带线馈电。
天线单元的几何结构示意图如图3、图4所示，其中图3中b1和b2点处均为馈电点。每个天线单元均由两个IFA天线组成，分别为第一IFA天线和第二IFA天线，其中第一IFA天线由位于第一小基板或者第二小基板内侧的弯曲枝节与外侧接地枝节构成，如图3所示；第二IFA天线由位于第一小基板或者第二小基板外侧的弯曲枝节与接地枝节构成，如图4所示。图5给出了天线单元的馈电结构，图5中的c1和c2点处为金属过孔，阻抗为50Ω的微带线6中间通过一段匹配调节段7来改善天线的辐射性能。该MIMO终端天线的性能仿真结果如6-10所示，图6为一个天线对的S参数图，曲线S11、S22代表的是反射系数；曲线S12、S21代表的是传输系数，从图中可以看出，天线在工作频段3.3-3.6GHz内，反射系数S11都小于-6dB，传输系数S12都低于-16dB，即天线对的隔离度高于16dB。图7为一端口馈电时MIMO终端天线在3.5GHz处的3D方向图，天线具有较为良好的方向辐射特性。图8为一端口馈电时MIMO终端天线在3.5GHz处的E面方向图。图9为一端口馈电时MIMO终端天线在3.5GHz处的H面方向图。图10为MIMO终端天线的增益曲线，天线增益在工作频段内都大于2.6dB，最大增益达到将近3.9dB。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于5G移动通信的紧凑去耦MIMO终端天线，其特征在于，所述MIMO终端天线主要包括：主基板、第一小基板、第二小基板、第一至第四共四个天线对以及集总电感元件；
每个所述天线对由两个天线单元组成，每个天线对中的两个天线单元之间加载集总电感元件，且两个天线单元镜像对称；
所述第一小基板和所述第二小基板均垂直放置于主基板两侧，所述第一和第二天线对放置在所述第一小基板上，所述第三和第四天线对放置在所述第二小基板上；
每个天线单元由连接器从主基板下方通过过孔连接到微带线进行馈电。
2.如权利要求1所述MIMO终端天线，其特征在于，所述天线单元，由第一IFA天线和第二IFA天线组成，所述第一IFA天线由位于第一小基板内侧或第二小基板内侧的弯曲枝节与对应的外侧接地枝节构成，所述第二IFA天线由位于第一小基板外侧或者第二小基板的外侧的弯曲枝节与对应的接地枝节构成。
3.如权利要求2所述MIMO终端天线，其特征在于，所述每个天线对中的两个天线单元之间都加载集总电感元件，具体为通过所述天线单元的第二IFA天线之间来加载集总电感元件。
4.如权利要求1所述MIMO终端天线，其特征在于，所述主基板大小为150mm×75mm，所述小基板大小为150mm×7mm。
5.如权利要求1所述MIMO终端天线，其特征在于，所述主基板和所述小基板材质均为FR-4，厚度均为0.8mm，相对介电常数εr＝4.3，损耗角正切tanδ＝0.025。
6.如权利要求1所述MIMO终端天线，其特征在于，每个所述天线对所占据小基板的宽度为26.2mm。
7.如权利要求1所述MIMO终端天线，其特征在于，所述连接器为SMA连接器。
8.如权利要求1所述MIMO终端天线，其特征在于，所述微带线阻抗为50Ω。
9.如权利要求1-8所述MIMO终端天线，其特征在于，所述微带线与天线之间具有匹配调节段。
10.如权利要求9所述MIMO终端天线，其特征在于，所述匹配调节段为长方形，其宽度大于微带线宽度。
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