CN1710749A - 移动终端多天线系统 - Google Patents

Abstract

移动终端多天线系统属于移动终端多天线设计领域，其特征在于：所述多天线系统由两个平面型单极天线和两个平面倒F天线组成，所述平面倒F天线垂直于平面型单极天线，两个平面型单极天线的两条馈线间垂直距离为15mm，各平面倒F天线的馈电点距离所述的两个单极天线和两个平面倒F天线所在介质板Z轴方向的中心线的距离为4mm，该平面倒F天线的上边缘距所述T型地平面的上边缘26mm，该平面倒F天线在所述介质板上的位置处于所述平面型单极天线垂直上方。所述平面倒F天线中的辐射单元靠近所述介质板两侧的末端也可折向所述的T型地平面。本发明的优点是：尺寸小，天线之间的相关性小，而且增益较大，符合移动通信要求。

Description

移动终端多天线系统

技术领域

本发明属于移动终端天线设计领域，特别涉及一种用于在复杂通信环境中的移动终端多天线系统结构设计。

背景技术

天线是通信系统的重要组成部分，其性能对整个通信系统的功能有着重要的影响。在现有的移动通信终端中，通常采用一个天线作为发射和接收天线。移动通信系统在功能、容量、质量和服务业务上不断地升级，对移动终端天线提出了越来越高的性能指标要求；同时，天线系统通常工作在复杂的移动传播环境下，电波在空中传播时将受到多方面的衰落，信道受到地形、温度、湿度等环境因素的影响。这些方面都会对通信质量产生不利的影响。只采用单个天线很难在复杂的传播环境中保持很好的性能。需要用多入多出(MIMO)技术来达到更高的传输速率、有限的频谱资源、恶劣的传输环境、低的发射功率的要求。

多入多出系统的结构如图1所示，该系统在发射端和接收端分别采用多个天线用于收发，可以认为是双天线分集的进一步扩展。它处理的原理是将串行的数据流映射为并行传送，接收端再相应地把并行信号流合成串行数据流，接收信号靠不同天线信号在无线信道中的不相关性来区分。通过多天线发射多数据流并由多天线接收实现最佳处理，可实现很高的容量。这种最佳处理是通过空时编码和解码实现的。空时编码技术是同时从空间和时间域考虑设计码字，它的基本原理是在多个天线上同时发送信息比特流所产生的向量，利用发送天线所发送序列的正交性来获得增益。

多入多出系统的优点是在复杂的移动传播环境下，能够获得较快的传输速率、较高的信道容量和较低的误码率。

多入多出系统的硬件支持就是多天线系统。用于移动终端的多天线系统迫切要求天线具有小尺寸、宽频带、高辐射效率、易集成以及天线单元之间低的相关性等特性。

发明内容

本发明的目的是为了克服在复杂移动传播环境下，已有移动通信设备中采用单个天线性能的不足之处，提供一种用于移动终端的多天线系统。

本发明的特征在于：

所述多天线系统含有：

介质板，所述介质板呈矩形；

T型地平面，由印刷在所述矩形介质板下表面的铜箔制成；

两个平面型的单机天线，都由印刷在所述矩形介质板上表面的曲折金属线构成，分别分布在所述矩形介质板上表面的Z方向即纵轴方向中心线的左、右两侧，所述两单极天线的馈线由印刷在所述矩形介质板同一平面上的金属微带线构成，所述两个单极天线的馈电线间的垂直距离为15mm，位于所述矩形介质板Z方向的中心线的两边；

两个平面倒F天线，各由辐射单元、连接所述辐射单元靠近所述T型地平面Z方向中心线的一端与所述矩形介质板的段路面、连接于所述辐射单元与所述矩形介质板之间的馈线柱组成；所述各平面倒F天线的辐射单元各自分别与所述两个单极天线中相对应的一个垂直，所述各平面倒F天线的馈电点距所述矩形介质板Z方向中心线4mm，该平面倒F天线的上边缘距所述T型地平面的上边缘26mm，该平面倒F天线采用同轴馈电，在馈电点处用50欧姆同轴接头与所述T型地平面相连。

所述移动终端天线系统，其特征在于：所述平面倒F天线远离所述T型地平面Z方向中心线的一端折向地平面。

综上所述，本发明的基本特点是：尺寸小，可以用于移动终端中；天线单元之间相关性小，满足MIMO系统的使用要求；天线增益较大，符合移动通信要求；制作简单成本低。

附图说明

图1，多入多出系统的结构图。

图2，本发明提出的由四个天线单元组成的多天线系统的结构。

图3，本发明提出的由四个天线单元组成的多天线系统的俯视图。

图4，本发明提出的由四个天线单元组成的多天线系统中T型地平面的俯视图。

图5，本发明提出的由四个天线单元组成的多天线系统中平面型单极天线的结构图。

图6，本发明提出的由四个天线单元组成的多天线系统中平面倒F天线的结构图。

图7，图6中平面倒F天线的俯视图。

图8，本发明提出的改进型多天线系统结构图。

图9，本发明提出的改进型平面倒F天线的结构图。

图10，本发明提出的改进型平面倒F天线的正视图。

图11，本发明中四个天线单元的x-z平面H面方向图。图中，------代表单极天线1，---代表单极天线2，——代表平面倒F天线1，—-代表平面倒F天线2。

具体实施方式

本发明提出一种由四个天线单元组成的多天线系统，结构示意图如图2所示，包括两个平面型的单极天线、两个平面倒F天线(PIFA)、一块介质板和一个T型地平面。图2中，1是T型地平面，2是介质板，3是第一个平面型单极天线，4是第二个平面型单极天线，5是第一个平面倒F天线，6是第二个平面倒F天线，7是5的馈电点，8是6的馈电点，9是3的馈电点，10是4的馈电点，11是3的馈电微带，12是4的馈电微带，四个天线的总尺寸为68×30×6(mm³)，各部分的连接关系如下：T形地平面是印刷在矩形介质板下表面的铜箔制成。两个平面型的单极天线是印刷在介质板上表面的曲折金属线，他们的馈线是印刷在同一平面上的金属微带线构成。两个单极天线馈电线处相距15mm，位于介质板z方向中心线的两边。两个PIFA方向与单极天线垂直，位于于单极天线上方、介质板z方向中心线的两边4mm，上边缘距离T型地平面上边缘26mm，采用同轴馈电，在馈电点处用50欧姆同轴连接头与T型地平面相连接，PIFA的短路面通过介质板上的开槽与T形地平面相连。

地平面俯视图如图4，尺寸L_g×W_g＝95×65(mm²)，地平面是由印刷在介质表面上的金属组成。

平面型单极天线的结构如图5，由印刷在介质板表面上的曲折微带线组成，采用微带馈电。

平面倒F天线的结构如图6，该天线采用已有的PIFA形式，13是同轴馈电，14是短路面，与T形地平面相连；15是辐射单元，与短路面相连；2是介质板；13与2通过50欧姆同轴连接头相连接。

本发明中，两个平面型单极天线采用空间分集方式来减小相关性，两个PIFA之间也采用空间分集。平面型单极天线和PIFA之间，既有空间分集，也有极化分集，充分利用空间和极化来降低天线单元之间的相关性。四个天线之间的相对位置保证了本发明天线系统的性能。

本发明还提出了对图2所示结构的改进方法，见图8。包括两个平面型单极天线、两个改进的PIFA、一个介质板和一个T型地平面。两个平面型单极天线和T型地平面与图2中所示相同，对PIFA进行了改进，把辐射单元末端折向地平面。图8中，1是T型地平面，2是介质板，3是第一个平面型单极天线，4是第二个平面型单极天线，5是第一个改进的平面倒F天线，6是第二个改进平面倒F天线，7是5的馈电点，8是6的馈电点，9是3的馈电点，10是4的馈电点。四个天线的总尺寸为65×30×6(mm³)。比图2中所示结构宽度少了3mm，与地平面宽度相同，更适合集成于移动终端中。该系统的结构和连接方式与图2中所示相同：T形地平面是印刷在矩形介质板下表面的铜箔制成。两个平面型的单极天线是印刷在介质板上表面的曲折金属线，他们的馈线是印刷在同一平面上的金属微带线构成。两个单极天线馈电线处相距15mm，位于介质板z方向中心线的两边。两个PIFA方向与单极天线垂直，位于于单极天线垂直上方、介质板z方向即纵轴方向中心线的两边4mm，上边缘距离T型地平面上边缘26mm，采用同轴馈电，在馈电点处用50欧姆同轴连接头与T型地平面相连接。PIFA的短路面通过介质板上的开槽与T形地平面相连。

改进的平面倒F天线的结构如图9，18是同轴馈电，19是短路面，与T形地平面相连；20是辐射单元，与短路面相连，由水平和垂直两个平面组成；2是介质板；18与2通过50欧姆同轴连接头相连接。

本发明具有以下特点：

第一，在本发明中，多天线系统由四个天线组成，且尺寸为65×30×6(mm³)，符合移动终端小型化的要求。

第二，在本发明中，四个天线之间的相关性较小，符合MIMO的使用要求。

第三，在本发明中，两个平面型的单极天线和T型地平面均印刷在PCB板上，PIFA用铜皮制成，制作简单成本低。

本发明设计了一个用于移动终端的由四个天线组成的多天线系统，包括两个平面型的单极天线、两个平面倒F天线(PIFA)、一块介质板和一个T型地平面。并提出了一种对该系统的改进，在其他部分不变的情况下改变PIFA的结构达到更好的效果。各部分的具体结构分别描述如下：

本发明中的T型地平面是印刷在厚度为0.8mm、相对介电常数为3.8、尺寸为L_g×W_g＝95×65(mm²)的矩形介质板上的铜箔，T型地平面的尺寸是：W＝4mm，W_t＝1mm，L_gt＝23mm。

本发明中的平面型单极天线是印刷在厚度为0.8mm、相对介电常数为3.8、尺寸为L_g×W_g＝95×65(mm²)的矩形介质板上的曲折微带线，采用微带馈电。天线尺寸：H＝19mm，W_m＝10mm，L＝17mm，W_s＝1mm，D＝3mm，d＝1mm，W_at＝2mm，W_feed＝1.7mm。两个单极天线馈电点处的距离D_m为15mm。

本发明中的平面倒F天线由一个矩形辐射单元，一个短路平面和一个同轴馈线组成，天线的尺寸：L_pifa＝30mm，h_pifa＝6mm，W_pifa＝4mm，d＝2mm。两个PIFA，相距D_f＝8mm，这个距离可以根据移动终端的尺寸进行调整，距离越大两个PIFA之间的隔离越好。PIFA与单极天线垂直放置，距离介质板边缘H_f＝26mm。这四个天线的相对位置对系统性能的有着很重要的作用。

本发明中还提出了对上述的PIFA的改进，把PIFA的末端垂直折向地面，PIFA的尺寸为：L_pifa＝27.5mm，h_pifa＝6mm，h_pifa1＝4mm，W_pifa＝4mm，d＝2mm。四个天线的相对位置不变。

本发明中的单极天线可以用其他形状的平面型单极天线来替换。

本发明中的四个天线均工作在2GHz频段，改变单极天线和PIFA的尺寸可以改变工作频率。在2.03GHz频点，改进后的多天线系统的相关系数见下表：

                                        平面倒F         平面倒F

天线           单极天线1    单极天线2   天线1           天线2

单极天线1      -            0.001       0.001           0.036

单极天线2                   -           0.04            0.03

平面倒F天线1                            -               0.007

本发明中的四个天线增益均大于1dB，符合移动终端使用要求，在2.03GHz频点测量的增益见下表：

                                      平面倒F      平面倒F天线     单极天线1    单极天线2

                                      天线1        天线2增益     1.0175dB    1.423dB           1.5600dB     1.6785dB

本发明中的四个天线的方向图见图11，四个天线单元的方向图具有互补的特性，可以接收空间中不同方向的来波，适用于MIMO系统。

Claims (2)

1、移动终端多天线系统，其特征在于，所述多天线系统含有：

介质板，所述介质板呈矩形；

T型地平面，由印刷在所述矩形介质板下表面的铜箔制成；

两个平面型的单机天线，都由印刷在所述矩形介质板上表面的曲折金属线构成，分别分布在所述矩形介质板上表面的Z方向即纵轴方向中心线的左、右两侧，所述两单极天线的馈线由印刷在所述矩形介质板同一平面上的金属微带线构成，所述两个单极天线的馈电线间的垂直距离为15mm，位于所述矩形介质板Z方向的中心线的两边；

两个平面倒F天线，各由辐射单元、连接所述辐射单元靠近所述T型地平面Z方向中心线的一端与所述矩形介质板的段路面、连接于所述辐射单元与所述矩形介质板之间的馈线柱组成；所述各平面倒F天线的辐射单元各自分别与所述两个单极天线中相对应的一个垂直，所述各平面倒F天线的馈电点距所述矩形介质板Z方向中心线4mm，该平面倒F天线的上边缘距所述T型地平面的上边缘26mm，该平面倒F天线采用同轴馈电，在馈电点处用50欧姆同轴接头与所述T型地平面相连。

2、根据权利的要求，1所述移动终端天线系统，其特征在于：所述平面倒F天线远离所述T型地平面Z方向中心线的一端折向地平面。

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