CN114156655A - 一种自解耦高隔离度mimo手机天线 - Google Patents

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CN114156655A CN202111651403.9A CN202111651403A CN114156655A CN 114156655 A CN114156655 A CN 114156655A CN 202111651403 A CN202111651403 A CN 202111651403A CN 114156655 A CN114156655 A CN 114156655A
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李明忠
聂文艳
杨明
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穆伟东
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Abstract

本发明公开了一种自解耦高隔离度MIMO手机天线，包含基板、天线单元、馈电单元、同轴馈线和地板。基板是由底面水平基板和两个侧面垂直基板构成；天线单元是由凸字形金属贴片构成，位于侧面基板外侧；凸字形金属贴片由第一矩形、第二矩形、第三矩形、第四矩形依次连接并对称构成；馈电单元是由侧面基板的T字形金属贴片和底面水平基板的矩形金属贴片构成，T字形金属贴片位于侧面基板内侧，T字形金属贴片由第五矩形、第六矩形连接构成；地板印刷在底面水平基板背面；本发明提供的天线通过改变了天线单元的结构，使得天线单元可以实现自解耦，使各天线单元之间隔离度得到很大的提高，并且覆盖了5G 3.3GHz‑3.6GHz频段，解决了现有技术复杂的解耦方式和低隔离度的问题。

Description

一种自解耦高隔离度MIMO手机天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体是一种自解耦高隔离度MIMO手机天线。
背景技术
随着人们对移动通信系统信道容量和频谱利用效率需求的不断提高，对5G移动终端的天线性能提出了更高的要求，因此对这类天线的研究受到高度视。目前，用于4G LTE(Long Term Evolution)无线通信的2×2MIMO天线系统已广泛应用于移动终端。然而，对于5G无线通信来说，2×2的MIMO系统不能满足其数据传输速率。与4G MIMO天线系统相比，5GMIMO移动终端需集成至少6个天线单元。
当工作在同一频段的天线数量越多时，随之带来的就是各天线单元之间的隔离问题以及每个天线单元的小型化问题。因此，对于天线单元的小型化设计以及如何解决MIMO天线数量、天线单元的隔离度是5G天线设计中重要的环节。在目前MIMO手机天线设计中，其大多设计隔离度都是低于-15dB，对于高隔离度还是存在不足。在目前MIMO手机天线设计中，大多设计中运用的解耦的方式有中和线、缺地陷结构、极化分集等，相对复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自解耦高隔离度MIMO手机天线，解决现有天线复杂的解耦方法和天线间隔离度不够高的问题。
有鉴于此，本发明提供了一种自解耦高隔离度MIMO手机天线，包含基板、天线单元、馈电单元、同轴馈线和地板；
所述基板是由底面水平基板和两个侧面垂直基板构成；
所述天线单元是由凸字形金属贴片构成，位于所述侧面基板外侧；
所述馈电单元是由所述侧面基板的T字形金属贴片和所述底面水平基板的第七矩形金属贴片构成，T字形金属贴片位于所述侧面基板内侧；
所述同轴馈线与底面水平基板相连接；
所述地板印刷在所述底面水平基板背面；
所述凸字形金属贴片由第一矩形、第二矩形、第三矩形、第四矩形依次连接并对称构成；
所述T字形金属贴片由第五矩形、第六矩形连接构成；
可选地所述的一种自隔离高隔离度MIMO手机天线，其特征在于，所述底面水平基板尺寸为150mm×75mm×0.8mm，材料为FR4，所述侧面垂直基板尺寸为134mm×6mm×0.8mm，材料为FR4。
进一步地所述的一种自隔离高隔离度MIMO手机天线，其特征在于，所述天线单元为6个。
可选地所述的一种自隔离高隔离度MIMO手机天线，其特征在于，所述馈电单元为6个。
进一步地所述的一种自隔离高隔离度MIMO手机天线，其特征在于，所述第一矩形长为2.3mm，所述第二矩形长为7.5mm，所述第三矩形长为4.5mm，所述第四矩形长为5.5mm，所述第一矩形、第二矩形、第三矩形、第四矩形宽度均为0.6mm。
可选地所述的一种自隔离高隔离度MIMO手机天线，其特征在于，所述第五矩形长为6mm，所述第六矩形长为2.1mm，所述第五矩形、第六矩形宽度均为0.6mm。
进一步地所述的一种自隔离高隔离度MIMO手机天线，其特征在于，所述底面水平基板的第七矩形金属贴片长为7.6mm，宽为1mm。
可选地所述的一种自隔离高隔离度MIMO手机天线，其特征在于，所述侧面小基板的T字形金属贴片和所述底面基板的矩形金属贴片焊接在一起构成一个馈电单元。
本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：
(1)本发明带宽完全覆盖3.3GHz-3.6GHz，适用于5G手机系统；
(2)本发明各天线单元之间隔离度大于-20dB，具有很好的隔离效果；
(3)本发明天线效率均在70％以上，实现了很好的利用率；
(4)本发明结构新颖、简单，制作成本低。
附图说明
图1为本发明的自解耦高隔离度MIMO手机天线的结构示意图；
图2为本发明的垂直基板2上的天线单元结构图；
图3为本发明的垂直基板上表面结构图；
图4(a)为本发明的S11参数仿真图；
图4(b)为本发明的S11参数实测图；
图5(a)是本发明的天线单元隔离度的仿真图。
图5(b)是本发明的天线单元隔离度的实测图。
图6(a)是本发明的天线Ant1仿真和实测的辐射方向对比图。
图6(b)是本发明的天线Ant2仿真和实测的辐射方向对比图。
图6(c)是本发明的天线Ant3仿真和实测的辐射方向对比图。
图7是本发明的天线Ant1、Ant2和Ant3仿真的辐射效率图。
图8是本发明的天线单元间相关系数图。
具体实施方式
以下通过附图对本发明作进一步阐述，以使本发明的优点和特性能更易于被本领域技术人员理解。
请参阅图1，图1为本发明实施例所提供的一种自解耦高隔离度MIMO手机天线结构示意图。
本发明设计了一种自解耦高隔离度MIMO手机天线，包含水平基板1、垂直基板2、垂直基板3、天线单元4、馈电单元5和地板6。
所述垂直基板2和垂直基板3分别放置在水平基板两侧，所述天线单元4印刷在垂直基板2和垂直基板3的外侧面，所述地板设置在水平基板1的底面。所述馈电单元由所述侧面基板的T字形金属贴片和所述底面水平基板的矩形金属贴片构成，T字形金属贴片位于所述垂直基板内侧。所述底面水平基板的矩形金属贴片与T字形金属贴片在水平基板与垂直基板连接处相连接。同轴馈线设置在馈电单元矩形的末尾处。
水平基板1是手机系统基板，上方除了承载馈电单元以外还有其他电子器件和电池。地板6是手机系统地板，是除了天线以外其他电子器件的接地面，馈电单元5用于对天线单元进行馈电，天线单元通过同轴馈线的方式馈电工作。
可以理解的是，一个天线单元4，一个馈电单元5加上地板6可以构成一个天线系统，天线单元可以独立的完成信号的接收和发射工作，地板6和水平基板1是所有天线单元的共用结构。
请参阅图2，图2为垂直基板2上的天线单元结构图。
由图2可知，所述天线单元是由形状为凸字形的金属贴片构成，凸字形金属贴片由所述第一矩形7、第二矩形8、第三矩形9、第四矩形10依次连接并对称构成，所述第一矩形7长为2.3mm，所述第二矩形8长为7.5mm，所述第三矩形9长为4.5mm，所述第四矩形10长为5.5mm，所述第一矩形7、第二矩形8、第三矩形9、第四矩形10宽度均为0.6mm。
请参阅图3，图3为垂直基板上表面。
由图2、3可知，所述馈电单元是由垂直基板2内侧面上的T字形结构和水平基板上表面的第七矩形构成的。T字形结构由所述第五矩形11和第六矩形12构成，所述第五矩形11长为6mm，所述第六矩形12长为2.1mm，所述第五矩形11、第六矩形12宽度均为0.6mm。所述第七矩形13长为7.6mm，宽为1mm。
具体实现如下：
本发明采用电路板刻蚀技术，在所述垂直基板2和垂直基板3的一面刻蚀出所述天线单元4的结构，在另一面刻蚀出馈电单元的T形结构，在所述水平基板的上面刻蚀出所述第七矩形结构。所述水平基板尺寸为150mm×75mm×0.8mm，材料为FR4，所述侧面垂直基板尺寸为134mm×6mm×0.8mm，材料为FR4。
利用电磁仿真软件ANSYS Electronics Desktop 2018.2对该MIMO系统进行仿真，仿真调试完成后进行实物制作和测试。S参数的结果如附图4(a)和附图4(b)所示，从中可以看出，无论是仿真和测试结果，均可覆盖3.3GHz-3.6GHz。由于设计的天线阵列是镜像对称的，所以实测的所有单元都可覆盖3.3GHz-3.6GHz，满足5G移动通信要求。
如附图5(a)、(c)所示，仿真和实测得到的天线单元间的隔离度均在-20dB以上，说明天线单元间的耦合程度很小。
如附图6)(a)、(b)、(c)所示，分别为Ant1、Ant2和Ant3在谐振点3.45GHz处的XOZ面和YOZ面的仿真和实测二维辐射方向对比图。从图中可以看出，基本上实现全向辐射，实测和仿真有差别的原因可能在于实物制作有误差和人工测量操作的问题。
附图7为Ant1、Ant2和Ant3仿真的辐射效率对比图，如图所示，实测得到的天线效率在3.3GHz-5.1GHz(5G)频段内均在65％以上。
附图8为仿真得到的天线单元的包络相关系数曲线图。从图中可以看出，在目标频段内，天线单元间的ECC最大值低于0.01，符合5G MIMO的操作标准(ECC<0.5)，表现出了极好的空间分集特性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种自解耦高隔离度MIMO手机天线，其特征在于：包含基板、天线单元、馈电单元、同轴馈线和地板；
所述基板是由底面水平基板和两个侧面垂直基板构成；
所述天线单元是由凸字形金属贴片构成，位于所述侧面基板外侧；
所述馈电单元是由所述侧面基板的T字形金属贴片和所述底面基板的矩形金属贴片构成，T字形金属贴片位于所述侧面基板内侧；
所述同轴馈线与底面水平基板相连接；
所述地板印刷在所述底面水平基板背面；
所述凸字形金属贴片由第一矩形、第二矩形、第三矩形、第四矩形依次连接并对称构成；
所述T字形金属贴片由第五矩形、第六矩形连接构成。
2.根据权利要求1所述的一种自隔离高隔离度MIMO手机天线，其特征在于，所述底面水平基板尺寸为150mm×75mm×0.8mm，材料为FR4，所述侧面基板尺寸为134mm×6mm×0.8mm，材料为FR4。
3.根据权利要求1所述的一种自隔离高隔离度MIMO手机天线，其特征在于，所述天线单元为6个。
4.根据权利要求1所述的一种自隔离高隔离度MIMO手机天线，其特征在于，所述馈电单元为6个。
5.根据权利要求1所述的一种自隔离高隔离度MIMO手机天线，其特征在于，所述第一矩形长为2.3mm，所述第二矩形长为7.5mm，所述第三矩形长为4.5mm，所述第四矩形长为5.5mm，所述第一矩形、第二矩形、第三矩形、第四矩形宽度均为0.6mm。
6.根据权利要求1所述的一种自隔离高隔离度MIMO手机天线，其特征在于，所述第五矩形长为6mm，所述第六矩形长为2.1mm，所述第五矩形、第六矩形宽度均为0.6mm。
7.根据权利要求1所述的一种自隔离高隔离度MIMO手机天线，其特征在于，所述底面基板的第七矩形金属贴片长为7.6mm，宽为1mm。
8.根据权利要求1所述的一种自隔离高隔离度MIMO手机天线，其特征在于，所述侧面基板的T字形金属贴片和所述底面基板的矩形金属贴片焊接在一起构成一个馈电单元。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116151038A (zh) * 2023-04-18 2023-05-23 安徽大学 一种圆极化mimo微带天线阵列自解耦技术的分析方法

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