CN114976598B - 应用于零净空移动终端的高隔离度倒l型天线对 - Google Patents

Abstract

本发明属于天线技术领域，涉及一种应用于零净空移动终端的高隔离度倒L型天线对，包括辐射体一、辐射体二、解耦元件、端口一馈电网络、端口二馈电网络；辐射体一包括辐射体一水平分支和辐射体一竖直分支；辐射体二包括辐射体二水平分支和辐射体二竖直分支；辐射体一、辐射体二的方向相反，辐射体一竖直分支、辐射体二水平分支并齐设置且二者之间存在间隙；解耦元件分别与辐射体一、辐射体二连接；端口一馈电网络与辐射体一竖直分支连接，端口二馈电网络与辐射体二竖直分支连接。本发明采用天线对形式，使两个天线共享一个辐射孔径，从而在保留天线端口数量的同时减小安装空间。

Description

应用于零净空移动终端的高隔离度倒L型天线对

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及可应用于零净空的移动终端设备，如：手机、其他物联网终端等领域，具体涉及一种应用于零净空移动终端的高隔离度倒L型天线对。

背景技术

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)多输入多输出无线通信技术因为其不需要损失频率带宽和发射功率的资源就能大幅度提高信道容量和数据传输速率的巨大优势，进入了人们的视野。5G通信技术对移动终端数据传输速率的要求越来越高，应用于移动终端设备的多输入多输出MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)天线技术也成为一个研究热点。

随着5G移动终端设备朝着全面屏、超薄化发展的趋势，这就使得5G移动终端设备留给天线的净空区域被极大的压缩，手机天线与地板间的耦合进一步增大，天线性能进一步恶化。随着不断增多的频段与天线数量，不断缩减的净空区域，给目前手机天线的设计提出了巨大挑战，这就要求手机内的天线尺寸更加小型化，包括减少天线的高度和减少天线的辐射平面。如何在金属边框小净空的手机环境下保持手机天线良好的辐射性能并且提高多个天线间的隔离度成为目前的研究热点。目前移动终端设备内部部件复杂，天线间也需要额外占用空间进行解耦，不利于终端系统的小型化，此时要使天线尺寸更小型化常会使用弯折处理等方式。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种应用于零净空移动终端的高隔离度倒L型天线对，采用天线对形式，使两个天线共享一个辐射孔径，从而在保留天线端口数量的同时减小安装空间。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种应用于零净空移动终端的高隔离度倒L型天线对，其特殊之处在于：

包括辐射体一、辐射体二、解耦元件、端口一馈电网络、端口二馈电网络；

辐射体一呈现倒L型结构，包括辐射体一水平分支和辐射体一竖直分支；辐射体二呈现倒L型结构，包括辐射体二水平分支和辐射体二竖直分支；辐射体一、辐射体二的方向相反，辐射体一竖直分支、辐射体二水平分支并齐设置且二者之间存在间隙；

解耦元件分别与辐射体一、辐射体二连接；端口一馈电网络与辐射体一竖直分支连接，端口二馈电网络与辐射体二竖直分支连接。

优选的，所述辐射体一水平分支和辐射体一竖直分支构成倒L型平面结构；辐射体二水平分支和辐射体二竖直分支构成立体的倒L型结构。

优选的，所述解耦元件包括中和线一、中和线二以及电容，中和线一的一端与辐射体二连接，另一端与电容相连，中和线二的一端与辐射体一连接，另一端与电容相连。

优选的，还包括水平介质板，水平介质板的一侧设有垂直介质板，辐射体二竖直分支的下端与水平介质板的上表面连接，辐射体一水平分支和辐射体一竖直分支印制在垂直介质板内表面上。

优选的，还包括介质板，介质板平行于水平介质板，辐射体二水平分支印制在介质板上；解耦元件印制在介质板上。

优选的，所述水平介质板的下表面设有金属地板；

所述端口一馈电网络包括端口一窄馈电微带线、端口一宽馈电微带线、端口一馈电点和端口一同轴线；

所述端口一窄馈电微带线的一端与辐射体一竖直分支焊接在一起，另一端与端口一宽馈电微带线连接在一起；端口一同轴线的端口一同轴线内芯与端口一馈电点焊接到一起，端口一同轴线外皮与端口一焊盘焊接在一起，端口一焊盘通过端口一金属化过孔与金属地板连接在一起，处于接地状态。

优选的，上述端口一窄馈电微带线和端口一宽馈电微带线印制在水平介质板的上表面。

优选的，所述端口二馈电网络位于辐射体二的正下方。

优选的，所述端口二馈电网络包括端口二窄馈电微带线、端口二宽馈电微带线、端口二馈电点和端口二同轴线；

端口二窄馈电微带线的一端与辐射体二竖直分支焊接在一起，另一端与端口二宽馈电微带线连接在一起；端口二同轴线的端口二内芯与端口二馈电点焊接到一起，端口二同轴线的外皮与端口二焊盘焊接在一起，端口二焊盘通过端口二金属化过孔与金属地板连接在一起，处于接地状态。

进一步地，上述端口二窄馈电微带线和端口二宽馈电微带线印制在水平介质板的上表面。

本发明的优点：

1)本发明采用天线对形式，使两个天线共享一个辐射孔径，从而在保留天线端口数量的同时减小安装空间。

2)将天线对中一个设计在终端边框，另一个设计在靠近边框的地板上，从而减小横向尺寸，进一步减小配置天线所需的安装空间。天线的尺寸是19mm×8mm×6.2mm(0.22λ×0.09λ×0.07λ)，而且对于8×8MIMO系统，传统天线需要配置8个天线，但是若采用本发明天线仅配置4个天线即可。

3)此时天线对具有较低的驻波比，同时通过引入中和线使天线端口之间具有较高的隔离度，达到了13dB以上。此时因为没有减少MIMO天线系统端口的数量，同时在天线端口之间保持了较高的隔离度，使得MIMO系统的信道容量与传统MIMO系统保持一致。

4)本发明天线可应用于零净空的移动终端设备。

附图说明

图1为本发明提供的倒L型天线对鸟瞰图；

图2为本发明提供的倒L型天线对主视图；

图3为本发明提供的倒L型天线对俯视图；

图4为本发明提供的倒L型天线对辐射体图解；

图5为本发明提供的倒L型天线对解耦元件图解；

图6为本发明提供的端口一馈电网络俯视图；

图7为本发明提供的端口一馈电网络侧视图；

图8为本发明提供的端口二馈电网络俯视图；

图9为本发明提供的端口二馈电网络侧视图；

图10为本发明提供的双端口倒L型天线仿真的S参数图；

图11为本发明提供的双端口倒L型天线仿真的辐射效率。

其中:

1、辐射体一；2、辐射体二；3、垂直介质板；4、介质板；5、水平介质板；6、金属地板；7、解耦元件；8、端口一馈电网络；9、端口二馈电网络；10、端口一金属化过孔；11、端口一焊盘；12、端口一同轴线；13、辐射体一水平分支；14、辐射体一竖直分支；15、辐射体二水平分支；16、辐射体二竖直分支；17、中和线一；18、电容；19、中和线二；20、端口二金属化过孔；21、端口二焊盘；22、端口二同轴线；60、端口一窄馈电微带线；61、端口一宽馈电微带线；62、端口一馈电点；63、端口二窄馈电微带线；64、端口二宽馈电微带线；65、端口二馈电点；121、端口一同轴线内芯：122、端口一同轴线外皮；221、端口一同轴线内芯：222、端口一同轴线外皮。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

随着移动终端系统的小型化，MIMO天线的小型化成为研究热点和趋势。

针对MIMO天线的小型化，对于MIMO天线系统，大部分的MIMO天线单元均采用单端口天线单元，此时第一种途径是直接减小MIMO天线本身的尺寸，可通过开槽、曲折线等技术实现，但是此时天线结构变得复杂，而且在有限的空间内通过以上技术实现小型化相应的天线带宽将会变窄，效率降低。

近年来相继出现了共享辐射孔径的天线对或者多端口天线作为MIMO天线单元的MIMO天线系统设计思路，此时第二种途径是目前比较流行的天线对形式或者共享辐射体的多端口天线形式。该技术无需在天线辐射口径之外引入其他的额外的结构即可实现端口之间的较高的隔离度，而且天线具有多个端口，大大的减少需要的天线单元的数量。

本发明提出的天线方案基于第二种技术途径，但是为适应零净空终端载体的天线使用需求，以及进一步减小天线的横向尺寸，本发明采用了边框上天线和边框内部天线结合的形式，并两个天线共享一个辐射孔径区域，此时天线对的横向尺寸减小，并且本发明仅仅在辐射孔径区域内部引入中和线实现更高的隔离度，没有额外引入其他的解耦合结构。

参见图1，一种应用于零净空移动终端的高隔离度倒L型天线对，包括辐射体一1、辐射体二2、解耦元件7、端口一馈电网络8、端口二馈电网络9。所述辐射体一1呈现倒L型结构，包括辐射体一水平分支13和辐射体一竖直分支14；辐射体二2呈现倒L型结构，包括辐射体二水平分支15和辐射体二竖直分支16；辐射体一1、辐射体二2的方向相反，辐射体一竖直分支14、辐射体二水平分支15并齐设置且二者之间存在间隙。解耦元件7分别与辐射体一1、辐射体二2连接；端口一馈电网络8与辐射体一竖直分支14连接，端口二馈电网络9与辐射体二竖直分支16连接。辐射体一竖直分支14、辐射体二水平分支15并齐设置，使两个天线共享一个辐射孔径，从而在保留天线端口数量的同时减小安装空间。

作为本发明的一个优选实施例，参见图1、图2和图4，所述辐射体一水平分支13和辐射体一竖直分支14构成倒L型平面结构；辐射体二水平分支15和辐射体二竖直分支16构成立体的倒L型结构。将天线对中一个设计成平面结构，另一个设计成立体结构，从而减小横向尺寸，进一步减小配置天线所需的安装空间。

辐射体一水平分支13和辐射体一竖直分支14均是长方形结构，但不限于此结构，基于此结构的局部细微改变的结构仍在本发明保护范围之内。辐射体二水平分支15是长方形结构，辐射体二竖直分支16是梯形结构，但不限于此结构，基于此结构的局部细微改变的结构仍在本发明保护范围之内。

作为本发明的一个优选实施例，参见图3和图4，所述倒L型天线对还包括水平介质板5，水平介质板5的一侧设有垂直介质板3，辐射体二竖直分支16的下端与水平介质板5的上表面连接，辐射体一水平分支13和辐射体一竖直分支14印制在垂直介质板3内表面上。将天线对中辐射体一1设计在终端边框(垂直介质板3)，进一步减小横向尺寸，进一步减小配置天线所需的安装空间。

作为本发明的一个优选实施例，参见图3、图4，所述倒L型天线对还包括介质板4，介质板4平行于水平介质板5，辐射体二水平分支15印制在介质板4上；解耦元件7印制在介质板4上，介质板4对辐射体二水平分支15、解耦元件7起到支撑作用。

作为本发明的一个优选实施例，如图5所示，所述解耦元件7包括中和线一17、中和线二19以及电容18，中和线一17的一端与辐射体二2连接，另一端与电容18相连，中和线二19的一端与辐射体一1连接，另一端与电容18相连。

作为本发明的一个优选实施例，如图6，7所示，所述水平介质板5的下表面设有金属地板6。所述端口一馈电网络8包括端口一窄馈电微带线60、端口一宽馈电微带线61、端口一馈电点62和端口一同轴线12；所述端口一窄馈电微带线60的一端与辐射体一竖直分支14焊接在一起，另一端与端口一宽馈电微带线61连接在一起；端口一同轴线12的端口一同轴线内芯121与端口一馈电点62焊接到一起，端口一同轴线外皮122与端口一焊盘11焊接在一起，端口一焊盘11通过端口一金属化过孔10与金属地板6连接在一起，处于接地状态。

作为本发明的一个优选实施例，上述端口一窄馈电微带线60和端口一宽馈电微带线61印制在水平介质板5的上表面。

作为本发明的一个优选实施例，如图8，9所示，上述所述端口二馈电网络9位于辐射体二的正下方。上述所述端口二馈电网络9包括端口二窄馈电微带线63、端口二宽馈电微带线64、端口二馈电点65和端口二同轴线22；端口二窄馈电微带线63的一端与辐射体二竖直分支16焊接在一起，另一端与端口二宽馈电微带线64连接在一起；端口二同轴线22的端口二内芯221与端口二馈电点65焊接到一起，端口二同轴线的外皮222与端口二焊盘21焊接在一起，端口二焊盘21通过端口二金属化过孔20与金属地板6连接在一起，处于接地状态。

作为本发明的一个优选实施例，上述端口二窄馈电微带线63和端口二宽馈电微带线64印制在水平介质板5的上表面。

实施例

如图1所示，应用于零净空移动终端的高隔离度倒L型天线对，包括辐射体一1和辐射体二2、解耦元件7、端口一馈电网络8、端口二馈电网络9。垂直介质板3、水平介质板5、金属地板6为移动终端设备的部分结构，其中垂直介质板3为移动终端设备边框，金属地板6则印制在水平介质板5的背面。

为了在移动终端设备边框上留出更多的其他天线设计和安装空间，参见图1-图4，本发明将辐射体一1设计呈倒L型平面结构，由辐射体一水平分支13和辐射体一竖直分支14构成，印制在垂直介质板3内表面上，辐射体二2设计成立体的倒L型结构，由辐射体二水平分支15和辐射体二竖直分支16构成，两者呈垂直关系，放置在垂直介质板3的内侧，水平介质板5和金属地板6的上面。辐射体一1和辐射体二2以方向相反，相隔4mm距离并齐放置，使两个天线共享一个辐射孔径，从而在保留天线端口数量的同时减小安装空间。此时天线在垂直介质板3上的横向尺寸变小，本发明达到了19mm，与目前公开发表的文献2相比减小了11mm。

参见图6和图7，辐射体一1通过端口一馈电网络8进行馈电，端口一馈电网络8的端口一窄馈电微带线60与辐射体一1的辐射体一竖直分支14连接在一起。端口一馈电网络8由端口一窄馈电微带线60、端口一宽馈电微带线61、端口一馈电点62和端口一同轴线12构成，其中端口一窄馈电微带线60和端口一宽馈电微带线61印制在介质板5的上表面。端口一窄馈电微带线60的一端与辐射体一1焊接在一起，另一端与端口一宽馈电微带线61连接在一起。端口一焊盘11通过端口一金属化过孔10与金属地板6连接在一起，处于接地状态，端口一同轴线12的端口一同轴线内芯121与端口一馈电点62焊接到一起，端口一同轴线外皮122与端口一焊盘11焊接在一起。

参见图8和图9，辐射体二2通过端口二馈电网络9进行馈电，端口二馈电网络9位于辐射体2的正下方，端口二馈电网络9由端口二窄馈电微带线63、端口二宽馈电微带线64、端口二馈电点65和端口二同轴线22构成，其中端口二窄馈电微带线63和端口二宽馈电微带线64印制在介质板5的上表面。端口二窄馈电微带线63的一端与辐射体二竖直分支16焊接在一起，另一端与端口二宽馈电微带线64连接在一起。端口二焊盘21通过端口二金属化过孔20与金属地板6连接在一起，处于接地状态，端口二同轴线22的端口二内芯221与端口二馈电点65焊接到一起，端口二同轴线的外皮222与端口二焊盘21焊接在一起。

为了提高倒L型天线对的两个端口之间的隔离度，在共享辐射孔径区域内部引入了解耦元件7，实现了高隔离度特性，达到了13dB的隔离度，无需引入额外的其他的解耦合元件或者结构，相比于前述的公开文献相比，提高了3dB左右，如图10所示。如图5所示，解耦元件7由中和线一17和中和线二19以及电容18构成，印制在介质板4的上表面。中和线一17一端与辐射体二2连接，一端与电容18相连，中和线二19一端与辐射体一1连接，一端与电容18相连。

仿真结果表明，如图10所示，本发明提出天线的两个端口的-6dB阻抗带宽为3.28-3.66GHz，两个端口之间的隔离度在全频段内大于13dB，具有高隔离度特性。而且两个端口的总效率大于90％，如图11所示。

综上，本发明天线将辐射体一和辐射体二相隔一段距离并齐放置，呈现立体结构，使得天线横向尺寸仅为(19mm)，可留出更多的边框位置，设置更多的MIMO天线单元或者其他天线，进一步提高MIMO系统性能或者进一步实现设备的小型化，与列出的参考文献1(30mm)相比横向尺寸明显减小(减小11mm)，长度约为1/5波长。本发明在共享辐射口径内部引入中和线，在没有额外占用其他空间的情况下实现了较高的隔离度，本发明天线两个端口之间的隔离度高于参考文献2的隔离度，高3dB左右。

参考文献：

[1]L.Sun,Y.Li,Z.Zhang and H.Wang,"Self-Decoupled MIMO Antenna PairWith Shared Radiator for 5G Smartphones,"in IEEE Transactions on Antennas andPropagation,vol.68,no.5,pp.3423-3432,May 2020,doi:10.1109/TAP.2019.2963664.

[2]Xiao-Ting Yuan,Zhe Chen,Tianqi Gu,and Tao Yuan“A Wideband PIFA-Pair-Based MIMO Antenna for 5G Smartphones”IEEE Antennas and WirelessPropagation Letters,2021，20(3):371-375.

以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种应用于零净空移动终端的高隔离度倒L型天线对，其特征在于：

包括辐射体一(1)、辐射体二(2)、解耦元件(7)、端口一馈电网络(8)、端口二馈电网络(9)；

辐射体一(1)呈现倒L型结构，包括辐射体一水平分支(13)和辐射体一竖直分支(14)；辐射体二(2)呈现倒L型结构，包括辐射体二水平分支(15)和辐射体二竖直分支(16)；辐射体一(1)、辐射体二(2)的方向相反，辐射体一(1)、辐射体二(2)相隔一段距离并齐放置，使辐射体一(1)、辐射体二(2)共享一个辐射孔径；

解耦元件(7)分别与辐射体一(1)、辐射体二(2)连接；端口一馈电网络(8)与辐射体一竖直分支(14)连接，端口二馈电网络(9)与辐射体二竖直分支(16)连接；

所述辐射体一水平分支(13)和辐射体一竖直分支(14)构成倒L型平面结构；辐射体二水平分支(15)和辐射体二竖直分支(16)构成立体的倒L型结构；

还包括水平介质板(5)，水平介质板(5)的一侧设有垂直介质板(3)，辐射体二竖直分支(16)放置在垂直介质板(3)的内侧，水平介质板(5)的上面，辐射体二竖直分支(16)的下端与水平介质板(5)的上表面连接，辐射体一水平分支(13)和辐射体一竖直分支(14)印制在垂直介质板(3)内表面上；

还包括介质板(4)，介质板(4)平行于水平介质板(5)，辐射体二水平分支(15)印制在介质板(4)上；解耦元件(7)印制在介质板(4)上。

2.根据权利要求1所述的一种应用于零净空移动终端的高隔离度倒L型天线对，其特征在于：

所述解耦元件(7)包括中和线一(17)、中和线二(19)以及电容(18)，中和线一(17)的一端与辐射体二(2)连接，另一端与电容(18)相连，中和线二(19)的一端与辐射体一(1)连接，另一端与电容(18)相连。

3.根据权利要求2所述的一种应用于零净空移动终端的高隔离度倒L型天线对，其特征在于：

所述水平介质板(5)的下表面设有金属地板(6)；

所述端口一馈电网络(8)包括端口一窄馈电微带线(60)、端口一宽馈电微带线(61)、端口一馈电点(62)和端口一同轴线(12)；

所述端口一窄馈电微带线(60)的一端与辐射体一竖直分支(14)焊接在一起，另一端与端口一宽馈电微带线(61)连接在一起；端口一同轴线(12)的端口一同轴线内芯(121)与端口一馈电点(62)焊接到一起，端口一同轴线外皮(122)与端口一焊盘(11)焊接在一起，端口一焊盘(11)通过端口一金属化过孔(10)与金属地板(6)连接在一起，处于接地状态。

4.根据权利要求3所述的一种应用于零净空移动终端的高隔离度倒L型天线对，其特征在于：

所述端口一窄馈电微带线(60)和端口一宽馈电微带线(61)印制在水平介质板(5)的上表面。

5.根据权利要求4所述的一种应用于零净空移动终端的高隔离度倒L型天线对，其特征在于：

所述端口二馈电网络(9)位于辐射体二(2)的正下方。

6.根据权利要求5所述的一种应用于零净空移动终端的高隔离度倒L型天线对，其特征在于：

所述端口二馈电网络(9)包括端口二窄馈电微带线(63)、端口二宽馈电微带线(64)、端口二馈电点(65)和端口二同轴线(22)；

端口二窄馈电微带线(63)的一端与辐射体二竖直分支(16)焊接在一起，另一端与端口二宽馈电微带线(64)连接在一起；端口二同轴线(22)的端口二内芯(221)与端口二馈电点(65)焊接到一起，端口二同轴线的外皮(222)与端口二焊盘(21)焊接在一起，端口二焊盘(21)通过端口二金属化过孔(20)与金属地板(6)连接在一起，处于接地状态。

7.根据权利要求6所述的一种应用于零净空移动终端的高隔离度倒L型天线对，其特征在于：

所述端口二窄馈电微带线(63)和端口二宽馈电微带线(64)印制在水平介质板(5)的上表面。