CN114792885A - 一种双频自解耦的mimo天线对 - Google Patents

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Abstract

本发明自解耦的双频天线对，适用于5G移动通信领域。包括：三块介质基板、一块系统金属地及四个镜像排列的天线单元。这四个天线对的物理尺寸相同，对称排列在垂直介质基板的外侧。每个天线单元的主体部分为简单紧凑的平面结构，由凹形辐射微带线、两个垂直辐射微带线以及一个电容元件组成。垂直微带线分别位于凹形辐射微带线的左右两侧。每个天线单元的馈电部分由I形馈电分支、过孔、馈电微带线以及馈电端口组成。I形馈电分支与馈电微带线间通过垂直介质基板内的过孔进行连接，馈电微带线由馈电端口进行馈电。同一侧两个天线单元中间增加一个公共的接地分支，用以提高天线间的隔离度。本天线对具有双频率的特性，可以工作在3.5GHz以及4.8GHz～5GHz频段。

Description

一种双频自解耦的MIMO天线对
技术领域：
本发明属于移动通信技术领域，涉及手机天线设计，特别涉及一种双频自解耦的MIMO天线对。
背景技术：
随着现代电子信息技术的快速发展和无线电设备应用的日益增多，对新型终端通信设备的设计要求也不断提高。天线作为无线通信终端设备中非常重要的前端部件，其性能直接影响整个通信系统的质量，而随着近些年来无线通信设备的增多，频谱资源日益紧张，单频段天线已不能满足无线通信需求。为解决这个问题，多频段天线应运而生。
由于天线尺寸的减小常常使天线的效率恶化，恶化的天线性能必然影响整个设备系统的性能。因此，随着终端设备小型化、多频化的要求越来越强烈，天线的设计就显得尤其重要。天线的小型化、多频化与较为优良的性能成为亟待解决的问题。
发明内容：
本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供的一种自解耦的双频天线对，通过将公共接地分支加入到两个天线单元间，可实现天线单元间的较高隔离度。同时，电容元件可以实现天线的双频特性。
本发明所采用的技术方案有：一种双频自解耦的MIMO天线对，包括水平介质基板和垂直介质基板，在所述水平介质基板的下表面印刷着系统金属地，所述垂直介质基板包括设置于水平介质基板相对侧壁上的两个，在其中一侧的垂直介质基板外侧焊接有第一天线单元和第二天线单元，在另一侧的垂直介质基板外侧焊接有第三天线单元和第四天线单元，所述第一天线单元由凹形辐射微带、第一垂直辐射微带、第二垂直辐射微带、电容元件、I形馈电分支、馈电微带线以及馈电端口组成，所述垂直介质基板上位于第一天线单元下方的位置形成有过孔，所述过孔位于I形馈电分支下方，所述凹形辐射微带带位于第一天线单元的顶部，第一垂直辐射微带、第二垂直辐射微带分别连接于凹形辐射微带左右两侧，且凹形辐射微带和第一垂直辐射微带、第二垂直辐射微带位于同一平面内，所述第一天线单元和第二天线单元之间存在有公共接地分支。
进一步地，所述第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元和第四天线单元具有相同物理结构，尺寸均为9.4×7mm2。
进一步地，所述系统金属地的形状为矩形，所述第一天线单元和第二天线单元、第三天线单元和第四天线单元、第一天线单元和第四天线单元、第二天线单元和第三天线单元均关于系统金属地的中心镜像对称。
进一步地，所述水平介质基板和垂直介质基板的厚度均为0.8mm，所述系统金属地距离水平介质基板长边的两侧各有1mm的间隙。
进一步地，所述电容元件位于凹形辐射微带内侧，尺寸为0.55×0.5mm2。
进一步地，所述I形馈电分支位于垂直介质基板外侧，所述I形馈电分支1e与馈电微带线1g通过过孔1f连接。
进一步地，所述第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元和第四天线单元中I形馈电分支的尺寸均相同，宽均为0.9mm。
进一步地，所述凹形辐射微带与垂直介质基板在同一水平面，所述第一垂直辐射微带、第二垂直辐射微带的尺寸均为6.2×0.8mm2。
进一步地，所述公共接地分支焊接在垂直介质基板外侧，与第一天线单元和第二天线单元之间间隔0.15mm。
进一步地，所述公共接地分支的尺寸为0.9×3.3mm2。
本发明具有如下有益效果：
(1)此天线可实现双频特性，可同时工作在3500MHz和4850MHz，增加了天线的有效带宽。
(2)两个天线单元间隔离度较高，在3400MHz-3600MHz频段内实现了20dB的隔离度，在4800MHz-5000MHz之间实现了16dB的隔离度。
(3)解耦方式较简单，只需共用一个接地端，降低了天线的制作成本和解耦电路的复杂度。
附图说明：
图1为本发明MIMO天线的三维结构图。
图2为本发明MIMO天线中第一天线单元的三维结构图。
图3为本发明MIMO天线中第一天线单元和第二天线单元的馈电示意图。
图4为本发明MIMO天线的S参数。
图5为本发明MIMO天线的辐射效率。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明双频自解耦的MIMO天线对，包括水平介质基板7和垂直介质基板8，在水平介质基板7的下表面印刷着系统金属地6，垂直介质基板8包括设置于水平介质基板7相对侧壁上的两个，在其中一侧的垂直介质基板8外侧焊接有第一天线单元1和第二天线单元2，在另一侧的垂直介质基板8外侧焊接有第三天线单元3和第四天线单元4，四个天线单元尺寸相同且镜像对称。第一天线单元1由凹形辐射微带1a、第一垂直辐射微带1b、第二垂直辐射微带1c、电容元件1d、I形馈电分支1e、馈电微带线1g以及馈电端口1h组成。垂直介质基板8上位于第一天线单元1下方的位置形成有过孔1f，所述过孔1f位于I形馈电分支1e下方。凹形辐射微带1a带位于第一天线单元1的顶部，第一垂直辐射微带1b、第二垂直辐射微带1c分别连接于凹形辐射微带1a左右两侧，且凹形辐射微带1a和第一垂直辐射微带1b、第二垂直辐射微带1c位于同一平面内。
电容元件1d位于凹形辐射微带1a内侧，尺寸为0.55×0.5mm2，电容元件1d的存在使得天线具有双频的特性。I形馈电分支1e位于垂直介质基板8外侧，通过穿过垂直介质基板8的过孔1f连接馈电微带线1g进行馈电。
第一天线单元中的I形馈电分支和第二天线单元中I形馈电分支的宽为均为0.9mm，I形馈电分支与其所在的天线单元处于同一水平面。
系统金属地6的形状为矩形，在垂直介质基板8外侧有第一天线单元1、第二天线单元2、第三天线单元3和第四天线单元4，并关于系统金属地6的中心镜像对称。
第一天线单元1和第二天线单元2之间存在有公共接地分支5，公共接地分支5同样焊接在垂直介质基板8外侧，与第一天线单元1和第二天线单元2之间间隔0.15mm。公共接地分支5的尺寸为0.9×3.3mm2，公共接地分支5可以有效消除天线间的耦合从而提高隔离度。
第一天线单元1、第二天线单元2、第三天线单元3和第四天线单元4具有相同物理结构，尺寸均为9.4×7mm2。
水平介质基板7和垂直介质基板8的厚度均为0.8mm，系统金属地6距离水平介质基板7长边的两侧各有1mm的间隙。
凹形辐射微带1a与垂直介质基板8在同一水平面，第一垂直辐射微带1b、第二垂直辐射微带1c的尺寸均为6.2×0.8mm2。
其中第一天线单元1中I形馈电分支1e的宽为0.9mm，位于垂直介质基板8外侧，且与其他三个I形馈电分支尺寸均相同。I形馈电分支1e与馈电微带线1g通过过孔1f连接。
下面通过一个覆盖3.5GHZ以及4.85GHz两个频段的四单元MIMO手机天线具体实例予以详细说明：
本发明MIMO天线的三维结构图如1所示：包括水平介质基板7以及印刷在水平介质基板7下表面、且距离水平介质基板7长边边缘各1mm的系统金属地6，垂直介质基板8外侧焊接有两个尺寸相同、镜像对称的天线单元，分别为第一天线单元1和第二天线单元2。第一天线单元1和第二天线单元2间存在公共接地分支5。
本发明中单个天线单元的结构图如图2所示。在凹形辐射微带1a内部存在电容元件1d，尺寸为0.55×0.5mm2，同时凹形辐射微带1a左右分别与第一垂直辐射微带1b、第二垂直辐射微带1c相连。因此，一个凹形辐射微带、两个垂直辐射微带以及一个电容元件构成一个天线单元的主体部分。
图3为垂直介质基板8外侧两个天线单元的馈电示意图。I形馈电分支1e与第一垂直馈电微带1b的距离为0.2mm，I形馈电分支1e通过过孔1f连接馈电微带线1g，然后由馈电端口1h进行馈电。
本实例的中心工作频率为3.5GHz和4.85GHz，同时隔离度较高。
图4为本实例中MIMO天线的S参数。第一谐振频率为3.5GHz，其-6dB带宽约为7.5％，第二谐振频率为4.85GHz，其-6dB带宽约为10.3％。在该频带内，两个端口的隔离度由S12表示，3.5GHz谐振频率处隔离度达到20dB，4.85GHz谐振频率处隔离度达到16dB。
图5为MIMO天线的总效率，馈电激励时总效率高于65％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双频自解耦的MIMO天线对，其特征在于：包括水平介质基板(7)和垂直介质基板(8)，在所述水平介质基板(7)的下表面印刷着系统金属地(6)，所述垂直介质基板(8)包括设置于水平介质基板(7)相对侧壁上的两个，在其中一侧的垂直介质基板(8)外侧焊接有第一天线单元(1)和第二天线单元(2)，在另一侧的垂直介质基板(8)外侧焊接有第三天线单元(3)和第四天线单元(4)，所述第一天线单元(1)由凹形辐射微带(1a)、第一垂直辐射微带(1b)、第二垂直辐射微带(1c)、电容元件(1d)、I形馈电分支(1e)、馈电微带线(1g)以及馈电端口(1h)组成，所述垂直介质基板(8)上位于第一天线单元(1)下方的位置形成有过孔(1f)，所述过孔(1f)位于I形馈电分支(1e)下方，所述凹形辐射微带(1a)带位于第一天线单元(1)的顶部，第一垂直辐射微带(1b)、第二垂直辐射微带(1c)分别连接于凹形辐射微带(1a)左右两侧，且凹形辐射微带(1a)和第一垂直辐射微带(1b)、第二垂直辐射微带(1c)位于同一平面内，所述第一天线单元(1)和第二天线单元(2)之间存在有公共接地分支(5)。
2.如权利要求1所述的双频自解耦的MIMO天线对，其特征在于：所述第一天线单元(1)、第二天线单元(2)、第三天线单元(3)和第四天线单元(4)具有相同物理结构，尺寸均为9.4×7mm2。
3.如权利要求1所述的双频自解耦的MIMO天线对，其特征在于：所述系统金属地(6)的形状为矩形，所述第一天线单元(1)和第二天线单元(2)、第三天线单元(3)和第四天线单元(4)、第一天线单元(1)和第四天线单元(4)、第二天线单元(2)和第三天线单元(3)均关于系统金属地(6)的中心镜像对称。
4.如权利要求2或者3所述的双频自解耦的MIMO天线对，其特征在于：所述水平介质基板(7)和垂直介质基板(8)的厚度均为0.8mm，所述系统金属地(6)距离水平介质基板(7)长边的两侧各有1mm的间隙。
5.如权利要求4所述的双频自解耦的MIMO天线对，其特征在于：所述电容元件(1d)位于凹形辐射微带(1a)内侧，尺寸为0.55×0.5mm2。
6.如权利要求5所述的双频自解耦的MIMO天线对，其特征在于：所述I形馈电分支(1e)位于垂直介质基板(8)外侧，所述I形馈电分支(1e)与馈电微带线(1g)通过过孔(1f)连接。
7.如权利要求6所述的双频自解耦的MIMO天线对，其特征在于：所述第一天线单元(1)、第二天线单元(2)、第三天线单元(3)和第四天线单元(4)中I形馈电分支(1e)的尺寸均相同，宽均为0.9mm。
8.如权利要求7所述的双频自解耦的MIMO天线对，其特征在于：所述凹形辐射微带(1a)与垂直介质基板(8)在同一水平面，所述第一垂直辐射微带(1b)、第二垂直辐射微带(1c)的尺寸均为6.2×0.8mm2。
9.如权利要求1所述的双频自解耦的MIMO天线对，其特征在于：所述公共接地分支(5)焊接在垂直介质基板(8)外侧，与第一天线单元(1)和第二天线单元(2)之间间隔0.15mm。
10.如权利要求9所述的双频自解耦的MIMO天线对，其特征在于：所述公共接地分支(5)的尺寸为0.9×3.3mm2。
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