CN114709605B - 一种具有高隔离度特性的双频双端口天线及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明属于天线技术领域，公开了一种具有高隔离度特性的双频双端口天线及移动终端，包括垂直介质基板、水平介质基板和位于垂直介质基板上的天线单元和印刷在水平介质基板表面的金属；所述印刷在垂直介质基板上的天线单元呈对称分布且采用弯折技术，使天线单元尺寸减小，有利于天线小型化。天线单元通过同轴线内芯连接上表面馈线，通过同轴线外芯连接下表面金属地板，实现天线的馈电。本发明提供了一种具有高隔离度特性的双频双端口天线及移动终端，实现了移动终端在零净空环境下仍具有良好的辐射性能。本发明的天线单元组成MIMO阵列具有良好的隔离度、效率及包络相关系数等性能参数，其适用于5G智能手机。

Description

一种具有高隔离度特性的双频双端口天线及移动终端

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种具有高隔离度特性的双频双端口天线及移动终端。

背景技术

目前，MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术在不占用额外的频谱资源和不增加发射功率的情况下，可以提高无线通信的信道容量，它被认为是第五代移动通信技术关键技术之一。

随着5G移动终端设备朝着全面屏、超薄化发展的趋势，5G移动终端设备预留给天线的空间十分有限，有限的空间中放置的多个天线将会产生强烈的耦合效应，影响MIMO天线系统的性能。如何在有限的5G移动终端内部提高多个天线之间的隔离度是研究热点之一。

现有技术中对于移动终端平台，天线一般是一个天线辐射体一个端口；目前的移动终端设备内部集成的部件众多，结构复杂，占用移动终端设备内部净空面积过大，留给天线的净空很小，净空越小则天线的辐射性能越差；为抑制移动终端平台上的天线之间的互耦，采用多种方法进行处理，如：寄生解耦合元件、集总元件加载技术，均可有效的抑制互耦，但是要额外的占用空间，不利于终端系统小型化。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有的移动终端设备内部集成的部件众多，结构复杂，占用移动终端设备内部净空面积过大，留给天线的净空很小，净空越小则天线的辐射性能越差。

(2)现有移动终端平台上天线的互耦抑制方法均可有效的抑制互耦，但是要额外的占用空间，不利于终端系统小型化。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种具有高隔离度特性的双频双端口天线及移动终端。

本发明是这样实现的，一种具有高隔离度特性的双频双端口天线及移动终端。

包括：

环形开口辐射体、第一端口馈电网络和第二端口馈电网络；

所述环形开口辐射体印刷在垂直介质板的内表面，第一端口馈电网络和第二端口馈电网络印刷在水平介质板的上表面，水平介质板的背面蚀刻有金属地板；

所述环形开口辐射体是由两个对称分布的双“U”字型辐射体构成，环形开口辐射体下端和金属地板相连。

进一步，所述双“U”字型辐射体由低频谐振分支天线和高频谐振分支天线构成。

进一步，所述低频谐振分支天线形状呈开口朝右的“U”字型，高频谐振分支天线形状呈开口朝下的倒“U”字型。

进一步，所述第一端口馈电网络由第一端口馈电微带线、第一端口馈电点和同轴线构成，所述第一端口馈电微带线一端与环形开口辐射体下端焊接。

进一步，所述第二端口馈电网络由第二端口馈电微带线、第二端口馈电点和同轴线构成，所述第二端口馈电微带线一端与环形开口辐射体下端焊接。

进一步，所述同轴线包括内芯和包裹在内芯外侧的外皮，所述内芯一端与第一端口馈电网络和第二端口馈电网络的馈电点焊接。

进一步，所述外皮焊接在焊盘上，焊盘通过金属化过孔接地。

本发明的另一目的在于提供一种零净空双频带移动终端，所述零净空双频带移动终端包括：

环形开口辐射体、第一端口馈电网络和第二端口馈电网络；

环形开口辐射体印刷在手机边框的内表面，第一端口馈电网络和第二端口馈电网络印刷在手机主板的上表面，手机主板的背面蚀刻有金属地板；

环形开口辐射体是由两个对称分布的双“U”字型辐射体构成，环形开口辐射体下端和金属地板相连。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

本发明为双端口激励环形开口辐射体，利用天线多模谐振特性，即使金属地板与手机边框之间没有净空，也能保证良好的辐射性能。

天线辐射体由两个对称分布的双“U”字型辐射体构成。低频谐振分支天线形状呈右“U”字型。高频谐振分支天线形状呈倒“U”字型。这两种天线结合在一起，可实现天线双频辐射特性。且均采用弯折技术，有利于天线小型化。

低频谐振分支天线与地之间形成容性分量，高频谐振分支天线与地接触形成感性分量，用来补偿低频谐振分支天线与地之间的容性分量，从而使得两个端口在不添加额外的解耦合结构下也能保证双端口之间的高隔离度。

第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

本发明在使用较少的天线辐射体的情况下，可以实现更多端口的MIMO天线系统，在有限空间内实现高性能的多天线系统。本发明在零净空条件下，也能保证宽带辐射性能。本发明中的辐射体是环形开口辐射体结构，在不需要额外解耦合结构下，两个射频端口之间也能保证较高的隔离度，有利于移动终端设备的小型化。

第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：环形天线辐射体引入双端口，利用天线多模谐振特性，实现了双端口天线的双频特性，同时实现了天线的小型化，天线尺寸为26.5mm*7.5mm(0.31λ_3.5GHz*0.09λ_3.5GHz)；天线辐射体在不引入额外的解耦结构下，采用弯折技术，即使金属地板与手机边框之间为零净空条件，实现了天线单元在移动终端设备的小型化；相对于国内外行业内认定的-10dB传输系数来说，本发明的隔离度在低频段内优于13dB，在高频段内优于14dB。

附图说明

图1是本发明实施例提供的具有高隔离度特性的双频双端口天线及移动终端。

的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的环形开口辐射体的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的双“U”字型辐射体的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的第一端口馈电网络和第二端口馈电网络的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的同轴线的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的环形开口辐射体天线仿真的S参数图；

图7是本发明实施例提供的环形开口辐射体天线仿真的辐射效率示意图；

图中：1、环形开口辐射体辐射体；11、低频谐振分支天线；12、高频谐振分支天线；2、垂直介质板；3、水平介质板；4、金属地板；5、第一端口馈电网络；51、第一端口馈电微带线；52、第一端口馈电点；6、第二端口馈电网络；61、第二端口馈电微带线；62、第二端口馈电点；7、金属化过孔；8、焊盘；9、同轴线；91、同轴线内芯：92、同轴线外皮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本发明实施例提供的具有高隔离度特性的双频双端口天线及移动终端。

由环形开口辐射体1、第一端口馈电网络5和第二端口馈电网络6构成。

垂直介质板2代表手机边框，水平介质板3代表手机的主板。环形开口辐射体1印刷在手机边框的内表面，环形开口辐射体引出的第一端口馈电网络5和第二端口馈电网络6印刷在水平介质板3的上表面，金属地板4蚀刻在水平介质板3的背面。

如图2所示，环形开口辐射体1是由两个对称分布的双“U”字型辐射体构成。环形开口辐射体1和金属地板4相连。

如图3所示，双“U”字型辐射体由低频谐振分支天线11和高频谐振分支天线12构成。低频谐振分支天线11形状为呈开口朝右的“U”字型。高频谐振分支天线形状12呈开口朝下的倒“U”字型。

如图4所示，第一端口馈电网络5由第一端口馈电微带线51、第一端口馈电点52和同轴线9构成。其中第一端口馈电微带线51与双“U”字型辐射体1焊接在一起。

第二端口馈电网络6由第二端口馈电微带线61、第二端口馈电点62和同轴线9构成。其中第二端口馈电微带线61与双“U”字型辐射体1焊接在一起。焊盘8通过金属化过孔7接地。第一端口馈电网络5和第二端口馈电网络6是完全一样的。

如图5所示，同轴线9的内芯91与馈电点52焊接到一起，同轴线的外皮92焊接在焊盘8上。

本发明只有一个辐射体，但是天线具有两个射频端口。提出的天线不仅可以单独作为天线使用，而且可以组成MIMO天线系统。本发明由低频谐振天线和高频谐振天线组成，可以产生低频和高频处谐振。低频谐振天线形状呈右“U”字型，高频谐振天线形状呈倒“U”字型，且均采用弯折技术，有利于天线小型化。在使用较少的天线辐射体的情况下，可以实现更多端口的MIMO天线系统，在有限空间内实现高性能的多天线系统。在零净空条件下，也能保证宽带辐射性能。本发明中的辐射体是环形开口辐射体结构，在不需要额外解耦合结构下，两个射频端口之间也能保证较高的隔离度，有利于移动终端设备的小型化。

二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

本发明安装有具有高隔离度特性的双频双端口天线可应用于零净空环境下。

本发明安装有具有高隔离度特性的双频双端口天线可应用于手机等移动终端。

本发明安装有具有高隔离度特性的双频双端口天线可在有限的移动终端空间内分布4个天线单元，组成8*8MIMO通信系统。

本发明安装有具有高隔离度特性的双频双端口天线在更少的天线单元情况下，提升通信容量和频谱利用率。

三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。

如图6所示，天线的-6dB在低频处阻抗带宽为3.36-3.63GHz，在高频处阻抗带宽为4.63-5.86GHz，具有良好的辐射性能；两个端口之间的隔离度在低频段内大于13dB，在高频段内大于14dB，具有高隔离度特性。

如图7所示，两个端口的仿真总效率在低频段大于64％，在高频段内大于80％。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有高隔离度特性的双频双端口天线，其特征在于，所述具有高隔离度特性的双频双端口天线包括：

环形开口辐射体、第一端口馈电网络和第二端口馈电网络；

所述双频双端口辐射体印刷在垂直介质板的内表面，第一端口馈电网络和第二端口馈电网络印刷在水平介质板的上表面，水平介质板的背面蚀刻有金属地板；

所述环形开口辐射体是由两个对称分布的双“U”字型辐射体构成，环形开口辐射体下端和金属地板相连；

所述双“U”字型辐射体由低频谐振分支天线和高频谐振分支天线构成；

两个低频谐振分支天线形状一个呈开口朝右的“U”字型，一个呈开口朝左的“U”字型；两个高频谐振分支天线均为开口朝下的倒“U”字型。

2.如权利要求1所述的具有高隔离度特性的双频双端口天线，其特征在于，所述第一端口馈电网络由第一端口馈电微带线、第一端口馈电点和同轴线构成，所述第一端口馈电微带线一端与环形开口辐射体下端焊接。

3.如权利要求1所述的具有高隔离度特性的双频双端口天线，其特征在于，所述第二端口馈电网络由第二端口馈电微带线、第二端口馈电点和同轴线构成，所述第二端口馈电微带线一端与环形开口辐射体下端焊接。

4.如权利要求3所述的具有高隔离度特性的双频双端口天线，其特征在于，所述同轴线包括内芯和包裹在内芯外侧的外皮，所述内芯一端与第一端口馈电网络和第二端口馈电网络的馈电点焊接。

5.如权利要求4所述的具有高隔离度特性的双频双端口天线，其特征在于，所述外皮焊接在焊盘上，焊盘通过金属化过孔接地。

6.一种安装有权利要求1~5任意一项所述的具有高隔离度特性的双频双端口天线的零净空双频带移动终端。

7.一种安装有权利要求1~5任意一项所述的具有高隔离度特性的双频双端口天线的MIMO天线系统。