CN114865290B - 一种安装于金属表面的小型化5g mimo天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种安装于金属表面的小型化5G MIMO天线，属于无线通讯用天线领域，旨在提供一种倒悬浮式的天线形式来解决天线接地板与金属安装面的距离问题，同时向下悬浮的天线辐射体也具有优良的辐射性能，从而实现了安装在金属表面时天线宽带宽和小型化的目的，从而实现5G通信天线的设计，本发明可以实现LTE+5G通信频段，即698~960MHz、1427~2690MHz和3300~5000MHz，并在频段内驻波比满足≤3.0，也可根据需要改变天线各部分尺寸覆盖其他频段。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯用天线，更具体地说，它涉及一种安装于金属表面的小型化5G MIMO天线。
背景技术
第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术，外语缩写：5G，是4G之后的延伸。
5G通信技术中对天线的性能要求更高，天线的数量也越多，而对要求天线的尺寸越来越小。天线安装于金属表面时，金属对天线性能会有比较大的影响，一般情况下，天线会采用接地的方式或增加天线高度的方法来降低金属对天线的影响，这样会导致天线的体积增大、天线安装结构设计复杂，且天线设计难度增大，使得产品的整体成本增加。
5G通信天线与上一代通信天线相比，天线的频段宽度增加，其中低频（617-960MHz）,中频（1400-2700MHz）和高频（3300-5000MHz），天线的数量也由4G时代的两支增加到了四支，同时要求在保证天线性能的前提下尽可能的小型化，且能适应复杂的安装环境，更增加了天线在多频宽带宽和小型化方面的研发难度。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明主要解决小尺寸5G组合天线安装于金属表面时，天线低频段（617-960MHz）性能由于大尺寸金属平面导致的天线性能恶化问题，提出了一种可安装于金属表面的，可抗金属干扰的5G MIMO天线。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种安装于金属表面的小型化5G MIMO天线，包括一个或多个馈电端口、一个或多个天线辐射体、天线接地板、支撑天线的非金属支架。
进一步的，一个或多个馈电端口位于天线接地板上，馈电端口与天线间采用射频传输线（微带线、带状线、共面波导、同轴线）连接。
进一步的，一个或多个天线辐射体（金属弹片、电路板、柔性电路板）垂直置于天线接地板下方，并与射频传输线相连接。
进一步的，天线接地板上设有用于安装的定位孔，支撑天线的非金属支架内部设有多个支撑体，并与天线接地板相接触，对天线接地板进行支撑，其上还设有卡柱并与天线接地板的定位孔连接。
进一步的，支撑天线的非金属支架外部设有用于安装的固定结构，如螺栓和螺母，并实现非金属支架安装在金属安装平面的表面及其上方。
进一步的，天线设计采用单极子超宽带天线形式，其中至多有两个天线覆盖5G通信所需的全部频段，其中包括低频（617-960MHz）,中频（1400-2700MHz）和高频（3300-5000MHz），包含全频段的天线放置于天线接地板的短边上；
此外可有零个和多个覆盖5G通信所需要的中频（1400-2700MHz）和高频（3300-5000MHz），包含中频段和高频段的天线放置于天线接地板的长边上。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果为：
天线采用一种倒悬浮的方式，使天线悬浮于安装金属平面上，两者之间通过非金属支架形成一定的间隙，解决了天线接地板与金属安装平面的距离问题；向下悬浮的天线辐射体也具有优良的辐射性能，天线的低频部分位于天线辐射体的最下方，天线低频谐振的电流分布最小值出现在天线低频分支的末端，该部分与金属安装面形成电容加载效应，降低天线的谐振频率，从而实现天线小型化的目的；
单极天线作为偶极子天线的变形，其接地板相当于偶极子天线的另外一臂，其表面亦有电流分布，当天线接地板与金属安装平面的间距非常小时，金属安装平面会感应生成感应电流，感应电流的方向与天线接地板中的电流方向相反，从而使天线辐射体的阻抗特性恶化，并且天线接地板与金属安装面间形成电容效应，从而限制了电磁波的辐射，该电容的容值与接地板的面积成正比并与金属安装面和接地板的距离成反比；因此使天线接地板远离金属安装面可以降低这种影响。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例的局部结构示意图。
图3为非金属支架、天线接地板及辐射体的结构示意图。
图4为本发明天线于5G1(698-960MHz，1710-2690MHz，3300-5000MHz)条件下的天线驻波图。
图5为本发明天线于5G2(698-960MHz，1710-2690MHz，3300-5000MHz)条件下的天线驻波图。
图6为本发明天线于5G3(1710-2690MHz，3300-5000MHz)条件下的天线驻波图。
图7为本发明天线于5G4(1710-2690MHz，3300-5000MHz)条件下的天线驻波图。
图8为常规5G天线放置于金属表面时于5G1(698-960MHz，1710-2690MHz，3300-5000MHz)条件下的天线驻波图。
图9为常规5G天线放置于金属表面时于5G2(698-960MHz，1710-2690MHz，3300-5000MHz)条件下的天线驻波图。
图10为常规5G天线放置于金属表面时于5G3(1710-2690MHz，3300-5000MHz)条件下的天线驻波图。
图11为常规5G天线放置于金属表面时于5G4(1710-2690MHz，3300-5000MHz)条件下的天线驻波图。
图12为本发明天线与常规天线辐射效率对比图。
具体实施方式
参照图1至图12对本发明实施例做进一步说明。
本发明公布了安装于金属表面的小型化5G MIMO天线的一种实现方式作为示例，包括4个馈电端口1，4个天线辐射体2，天线接地板3，支撑天线的非金属支架4、金属安装平面5；天线接地板上设有用于安装的定位孔，支撑天线的非金属支架4内部设有多个支撑体401，并与天线接地板3相接触，对天线接地板3进行支撑，其上还设有卡柱402并与天线接地板3的定位孔301连接；支撑天线的非金属支架4和金属安装平面5通过螺栓403和螺母404固定连接。
天线辐射体2和天线接地板3均采用印制电路板实现，天线采用同轴线馈电，同轴线焊接在天线接地板3上，其中同轴线线芯与设置在天线接地板3上的共面波导线连接，同轴线的屏蔽层与天线接地板3平面连接。天线接地板3上的共面波导线与天线辐射体2通过焊接工艺连接。
四个天线辐射体2分别垂直安装在天线接地板3下方，与天线接地板3形成一个整体，这个整体采用悬浮的方式安装在支撑天线的非金属支架4上方。
四个天线辐射体2中，其中两个天线辐射体2包含5G通讯所需的低（698-960MHz）、中（1427-2690 MHz）、高（3300-5000 MHz）三个通讯频段，这两个天线分别放置在天线接地板3的两个短边处；另外两个天线辐射体2包含5G通讯所需的中（1427-2690 MHz）、高（3300-5000 MHz）两个通讯频段；四个天线辐射体2形成了5G通信中所需的4*4MIMO形式。
本实施例中天线的整体尺寸为长120mm*宽55mm*高30mm。
本实施例中天线应用频段为2G+3G+4G+5G通信频段，即698~960MHz、1427~2690MHz和3300~5000MHz，在频段内驻波满足≤3.0的要求。
本发明采用了一种倒悬浮式的天线形式来解决天线接地板3与金属安装面的距离问题，同时向下悬浮的天线辐射体2也具有优良的辐射性能，从而实现了安装在金属表面时天线宽带宽和小型化的目的。从而实现5G通信天线的设计，本发明在本文的实施例中可以实现LTE+5G通信频段，即698~960MHz、1427~2690MHz和3300~5000MHz，并在频段内驻波比满足≤3.0，也可根据需要改变天线各部分尺寸覆盖其他频段。
应当指出，本实施例仅作为本发明的一种实施情况，即2G+3G+4G+5G通信频段的一种情况，天线同时向下兼容2G+3G+4G通信频段，天线辐射体2的数量根据系统需求可调整。
以上所述内容仅是本发明的一种实施例，而不是全部的实施方式。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
本文中在本发明的说明书中使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。基于本发明中的实施例，应当指出，有本专业工作能力者在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行通常的变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种安装于金属表面的小型化5G MIMO天线，其特征在于，包括
馈电端口，至少设有一个；
天线接地板，馈电端口位于天线接地板上，馈电端口与天线间采用射频传输线连接；
天线辐射体，至少设有一个，垂直置于天线接地板下方，并与射频传输线连接；
非金属支架，天线接地板安装于非金属支架上，天线辐射体置于天线接地板和非金属支架之间；
金属安装平面，非金属支架安装于金属安装平面的表面及其上方；
所述天线为单极子超宽带天线，至多有两个天线并覆盖5G通信所需的全频段，其中包括低频617-960MHz、中频1400-2700MHz及高频3300-5000MHz，包含全频段的天线放置于天线接地板的短边上；
可有零个和多个天线覆盖5G通信所需要的中频1400-2700MHz和高频3300-5000MHz，包含中频段和高频段的天线放置于天线接地板的长边上；
所述天线接地板由印制电路板构成。
2.根据权利要求1所述的一种安装于金属表面的小型化5G MIMO天线，其特征在于，所述射频传输线为微带线、带状线、共面波导线或同轴线。
3.根据权利要求1所述的一种安装于金属表面的小型化5G MIMO天线，其特征在于，所述天线辐射体为金属弹片、电路板或柔性电路板。
4.根据权利要求1所述的一种安装于金属表面的小型化5G MIMO天线，其特征在于，所述非金属支架内设有若干与天线接地板抵触的支撑体、若干与天线接地板卡接的卡柱，天线接地板上设有与卡柱对应的定位孔。
5.根据权利要求4所述的一种安装于金属表面的小型化5G MIMO天线，其特征在于，所述非金属支架和金属安装平面通过螺栓和螺母配合用于固定。
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