CN206271859U - 第五代天线阵列与第四代天线共存的终端 - Google Patents
第五代天线阵列与第四代天线共存的终端 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供第五代天线阵列与第四代天线共存的终端，包括4G LTE天线系统，所述4G LTE天线系统设置在终端的边缘位置；还包括5G天线阵列，所述5G天线阵列也设置在终端的边缘位置。本实用新型提供的第五代天线阵列与第四代天线共存的终端，将5G MIMO天线阵列的第一天线阵列和第二天线阵列并排设置在所述终端的左侧或右侧，或者对称设置在所述终端的左右两侧，或者非对称设置在所述终端的左右两侧，或者分别设置在终端的相邻边位置；能够实现第五代天线阵列与第四代天线的共存，同时又能保证各自具有良好的工作性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通信领域，具体说的是第五代天线阵列与第四代天线共存的终端。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，第五代(5G)无线通信系统将在2020年商业化。在能支持5G通信系统的手机中，目前流行的4G LTE通讯系统将被保留，也即是说在未来的手机中，4G LTE将会和5G共存。此外5G使用的毫米波频段的天线不仅要以天线阵列的形式存在，而且为了增强传输速率还将以MIMO的形式存在。由于手机中能放置天线的空间有限，特别在目前的手机中，上、下两端都已经被4G LTE(以及其它的天线如GPS等)天线占据，所以如何放置5G的MIMO天线阵列将是我们所要面临的问题。
近期，三星提出了5G MIMO天线阵列在手机中的应用(“Study and prototypingof practically large-scale mmWave antenna systems for 5G cellular devices,”IEEE Communications Magazine,September 2014,pp.63-69),具体而言在三星的设计中是把5G MIMO天线放置在手机的上、下两端，如图1所示。然而，我们知道在能支持5G通讯的未来手机中，目前使用的4G LTE通讯系统(以及其它天线如GPS等)将和5G通讯系统共存，而且4G LTE(和其它的天线)天线已经被放置在手机的上、下两端。为了满足未来手机中5G与4G共存的问题，5G MIMO天线阵列的放置需要避开手机上、下两端。换言之，三星提出的把5GMIMO天线的放置在手机的上、下两端的设计在实际的操作中将面临能否有效地和4G LTE(以及其它天线系统)共存的问题；而且从对MIMO天线(阵列)系统包括包络相关系数ECC和CC通道容量的天线工作性能要求方面都将产生影响。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供第五代天线阵列与第四代天线共存的终端，实现5G天线系统与4GLTE天线系统的共存，且保证天线系统具有良好的工作性能。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
第五代天线阵列与第四代天线共存的终端，包括4G LTE天线系统，所述4G LTE天线系统设置在终端的边缘位置；
还包括5G天线阵列，所述5G天线阵列也设置在终端的边缘位置。
其中，所述4G LTE天线系统分布在终端的上端部和/或下端部；
所述5G天线阵列为5G MIMO天线阵列，包括第一天线阵列和第二天线阵列。
其中，所述第一天线阵列和第二天线阵列并排设置在所述终端的左侧或右侧。
其中，所述第一天线阵列和第二天线阵列对称设置在所述终端的左右两侧。
其中，所述第一天线阵列和第二天线阵列非对称设置在所述终端的左右两侧。
其中，所述第一天线阵列和第二天线阵列分别设置在终端的相邻边位置。
其中，所述4G LTE天线系统包括4G第一天线和4G第二天线，所述4G第一天线设置在终端的上端部，所述4G第二天线设置在终端的下端部。
其中，所述第一天线阵列设置在所述4G第一天线的正下方，所述第二天线阵列设置在所述第一天线阵列所处边的相邻边位置。
其中，所述第一天线阵列设置在所述4G第二天线的正上方，所述第二天线阵列设置在所述第一天线阵列所处边的相邻边位置。
其中，所述第一天线阵列靠近第二天线阵列设置。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型实现了终端中4G LTE天线系统与5GMIMO天线阵列的共存，且能够使各天线系统的性能得到保证。
附图说明
图1为现有技术中5G MIMO天线在终端中的放置示意图；
图2为实施例中具体实施方式一5G MIMO天线在手机中的放置示意图；
图3为实施例中具体实施方式二5G MIMO天线在手机中的放置示意图；
图4为实施例中具体实施方式三5G MIMO天线在手机中的放置示意图；
图5为实施例中具体实施方式四5G MIMO天线在手机中的一放置示意图；
图6为实施例中具体实施方式四5G MIMO天线在手机中的另一放置示意图；
图7为图1至图6各种放置方式中第一天线阵列的S-参数图；
图8为图1至图6各种放置方式中第二天线阵列的S-参数图；
图9为图1至图6各种放置方式中第一天线阵列和第二天线阵列之间的隔离度曲线图；
图10为采用图1至图6各种放置方式的5G MIMO天线的包络相关系数ECC图；
图11为采用图1至图6各种放置方式的5G MIMO天线的通道容量CC曲线图；
图12为图2放置方式的第一天线阵列的远场辐射图；
图13为图2放置方式的第二天线阵列的远场辐射图；
图14为图5放置方式的第一天线阵列的远场辐射图；
图15为图5放置方式的第二天线阵列的远场辐射图。
标号说明：
1、终端；2、4G LTE天线系统；3、5G天线阵列；4、上端部；5、下端部；
6、第一天线阵列；7、第二天线阵列；8、左侧；9、右侧；
10、4G第一天线及其他天线；11、4G第二天线及其他天线。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本实用新型最关键的构思在于：将4G LTE天线系统与5G MIMO天线阵列都设置在终端的边缘位置，实现二者的共存，同时保证各自具有良好的工作性能。
请参照图2，本实用新型提供一种第五代天线阵列与第四代天线共存的终端，包括4G LTE天线系统，所述4G LTE天线系统设置在终端的边缘位置；
还包括5G天线阵列，所述5G天线阵列也设置在终端的边缘位置。
从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：将4G LTE天线系统和5G天线阵列都设置在终端的边缘，从而实现二者在终端内的共存，且不影响各自的天线工作性能。
进一步的，所述4G LTE天线系统分布在终端的上端部和/或下端部；
所述5G天线阵列为5G MIMO天线阵列，包括第一天线阵列和第二天线阵列。
如图2所示，进一步的，所述第一天线阵列和第二天线阵列并排设置在所述终端的左侧或右侧。
如图3所示，进一步的，所述第一天线阵列和第二天线阵列对称设置在所述终端的左右两侧。
如图4所示，进一步的，所述第一天线阵列和第二天线阵列非对称设置在所述终端的左右两侧。
由上述描述可知，在现有普遍将4G LTE天线系统分布设置在终端上下端部位置的基础上，避开上述位置，将5G天线阵列的两个天线阵列以并排方式设置在终端的一侧边位置，或者以对称方式或非对称方式设置在终端的两侧边位置，不仅实现了4G和5G天线系统的共存，同时又能保证二者的天线具有良好的辐射范围。
如图5和图6所示，进一步的，所述第一天线阵列和第二天线阵列分别设置在终端的相邻边位置。
进一步的，所述4G LTE天线系统包括4G第一天线和4G第二天线，所述4G第一天线设置在终端的上端部，所述4G第二天线设置在终端的下端部。
进一步的，所述第一天线阵列设置在所述4G第一天线的正下方，所述第二天线阵列设置在所述第一天线阵列所处边的相邻边位置。
进一步的，所述第一天线阵列设置在所述4G第二天线的正上方，所述第二天线阵列设置在所述第一天线阵列所处边的相邻边位置。
进一步的，所述第一天线阵列靠近第二天线阵列设置。
由上述描述可知，还可以将5G MIMO天线阵列的其中一个天线阵列叠加设置在一4G天线上，然后另一天线阵列设置在左/右侧边位置。
本实用新型的实施例为：
提供一种第五代天线阵列与第四代天线共存的终端1，能够实现4G LTE天线系统2与5G MIMO天线阵列的共存，且能够保证各天线系统的性能良好。
所述终端1可以是平板、手机等其他有无线通信需求的智能移动终端。而5G天线阵列3可以采用基于微带线的并联馈电网络，或者其它的馈电网络形式(如串联、串并联结合；以及基于基片集成波导(SIW，Substrate Integrated Waveguide)技术的串、并联以及串并联结合)。下面以终端1为手机，以及5G天线阵列3采用基于微带线的并联馈电网络的情况进行说明。
在手机中内置包括4G LTE天线系统2、5G天线阵列3以及其他天线系统。优选的，所述5G天线阵列3为5G MIMO天线阵列，包括第一天线阵列6和第二天线阵列7。
所述4G LTE天线系统2设置在终端1的边缘位置。现有技术中，所述4G LTE天线系统2以及其他天线系统一般分布在终端1的上端部4和下端部5，或者单独设置在上端部4或者下端部5。
在4G LTE天线系统2以及其他天线系统已经占据手机上、下端部5的情况下，本实施例提供下述五种5G MIMO天线阵列的放置方案：
具体实施方式一(Case2)：
如图2所示，可以将5G MIMO天线阵列的第一天线阵列6和第二天线阵列7并排设置在手机的左侧8或右侧9。
具体实施方式二(Case3)：
如图3所示，将5G MIMO天线阵列的第一天线阵列6和第二天线阵列7对称地分别设置在手机的左右两侧。具体的，可以将5G MIMO天线阵列整体设置在手机靠近上端部4位置、中间位置或者靠近下端部5位置。
具体实施方式三(Case4)：
如图4所示，将5G MIMO天线阵列的第一天线阵列6和第二天线阵列7非对称地分别设置在手机的左右两侧。
具体实施方式四(Case5和Case6)：
如图5和图6所示，将5G MIMO天线阵列的第一天线阵列6和第二天线阵列7分别设置在手机的相邻边位置。具体的，可以将第一天线阵列6或第二天线阵列7其一也设置在手机的上端部4位置或者下端部5位置，若上端部4或者下端部5的最外沿已经设置有4G LTE天线系统2以及其他天线系统，则与其间隔一定距离的叠加设置；将另一个天线矩阵(第二天线阵列7或第一天线阵列6)设置在手机的左侧8或者右侧9位置，其中，如图5所示，第一天线阵列6可以靠近第二天线阵列7设置；如图6所示，也可以是第一天线阵列6远离第二天线阵列7设置。
进一步具体的，在本具体实施方式中，所述4G LTE天线系统2包括4G第一天线和4G第二天线，所述4G第一天线及其他天线10设置在手机的上端部4，所述4G第二天线及其他天线11设置在手机的下端部5。优选的，所述4G第一天线为4G副天线，4G第二天线为4G主天线。5G MIMO天线阵列的其中一个天线阵列可以设置在4G副天线以及其他天线的正下方位置，即与4G副天线及其他天线间隔一定距离的叠加设置在手机的上端部4(Case5)；当然，也可以将5G MIMO天线阵列的其中一个天线阵列设置在4G主天线及其他天线的正上方位置，即与4G主天线及其他天线间隔一定距离的叠加设置在手机的下端部5(Case6)。而另一个天线阵列可以与该天线阵列临近或者远离的设置在手机的左侧8或者右侧9的边缘位置。
需要说明的是，手机上除了预留给4G LTE天线系统以及其他天线系统的边缘位置，5G MIMO天线阵列在手机中其他边缘位置的放置方式都是可行的。
针对上述不同具体实施方式，以所述5G天线阵列能够支持37GHz(37-38.5GHz)频段和39GHz(38.5-40GHz)频段的双频5G MIMO天线阵列作为标准来验证5G MIMO天线阵列的相关工作性能。
请参阅图7至图15
图7为图1至图6中5G MIMO天线阵列的第一天线阵列的S-参数图；图8为图1至图6中5G MIMO天线阵列的第二天线阵列的S-参数图；图9为图1-图6中5G MIMO天线阵列的第一天线阵列和第二天线阵列之间的隔离度曲线图。
由图7、图8以及图9中的曲线可以看出，5G MIMO天线阵列如论采用上述具体实施方式的哪一种设置方式，天线阵列1和2的S-参数(S-参数在-10dB以下)以及隔离度(隔离度S12在-30dB以下)都能满足包含37-40GHz(也即包含37GHz和39GHz两个频段)的要求。
虽然S-参数和隔离度是判断MIMO天线(阵列)系统是否工作的条件之一，但是为了对MIMO天线(阵列)进行有效的评估，有关MIMO天线的包络相关系数(ECC，EnvelopeCorrelation Coefficient)以及通道容量(CC,Channel Capacity)等参数的特性也是要被考虑的因素。特别，包络相关系数ECC是通过3D辐射远场计算得出的；通道容量(CC)是通过文章(“Multiple element antenna efficiency and its impact on diversity andcapacity,”IEEE Transactions on Antennas and Propagation,Vol.60,February 2012,pp.529-538)中的公式(28)得到的，特别MIMO天线(阵列)的ECC以及天线的效率都包含在该公式中。越低的ECC值和越高的CC值表明MIMO天线(阵列)系统的性能越好。
在本实施例中，图11分别为图1-图6中5G MIMO天线阵列的包络相关系数(ECC)以及通道容量(CC)曲线图。特别的，通道容量(CC)的曲线是在信号噪声比SNR＝20dB的条件下得到的。从ECC和CC两个方面看，在5G MIMO天线为图5的放置方式时(Case 5，即图5中的结构)具有最佳ECC和CC特性；图2的放置方式(Case 2,也即图2中的结构)具有最差ECC和CC特性。但是无论是哪种情况都能满足5G MIMO天线阵列对ECC和CC的要求。而图1的放置方式不仅占用了4G LTE天线系统以及其他天线系统的原有位置，不适合5G天线系统和4G LTE天线系统在未来手机中的共存，而且从对MIMO天线(阵列)系统的ECC和CC的要求方面看，也不是最佳放置5G MIMO天线阵列的方式。
另外，在图1-图6所示的6种5G MIMO天线阵列的放置情况中，每种放置方式的天线阵列的3D远场辐射图之间是有一定规律的：比如只有在Case 5和Case 6的情况下，第一天线阵列和第二天线阵列的3D远场辐射图才是相互正交的，其余的都是相互平行的。图12和图13为图2 Case 2的放置方式下得到的两个天线阵列的相互平行的远场辐射图；图14和图15为图5 Case 5的放置方式下得到的两个天线阵列的相互正交的远场辐射图。相互正交的远场分布将导致较小的ECC值，也即将导致较佳的MIMO天线(阵列)系统。此外，从图12至图15中还可以看出，本实施例使用的第一天线阵列和第二天线阵列具有大于16dBi的方向性(或增益)和好于-0.8dB的天线总辐射效率。这也从侧面说明本实施例所采用的5G MIMO天线阵列是有效的，换言之本实用新型中对5G MIMO天线阵列在未来手机中在如何放置方面得到的结论是有效的。
综上所述，本实用新型提供的第五代天线阵列与第四代天线共存的终端，将5GMIMO天线阵列的第一天线阵列和第二天线阵列并排设置在所述终端的左侧或右侧，或者对称设置在所述终端的左右两侧，或者非对称设置在所述终端的左右两侧，或者分别设置在终端的相邻边位置；能够实现第五代天线阵列与第四代天线的共存，同时又能保证各自具有良好的工作性能。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.第五代天线阵列与第四代天线共存的终端，包括4G LTE天线系统，其特征在于，所述4G LTE天线系统设置在终端的边缘位置；
还包括5G天线阵列，所述5G天线阵列也设置在终端的边缘位置。
2.如权利要求1所述的第五代天线阵列与第四代天线共存的终端，其特征在于，所述4GLTE天线系统分布在终端的上端部和/或下端部；
所述5G天线阵列为5G MIMO天线阵列，包括第一天线阵列和第二天线阵列。
3.如权利要求2所述的第五代天线阵列与第四代天线共存的终端，其特征在于，所述第一天线阵列和第二天线阵列并排设置在所述终端的左侧或右侧。
4.如权利要求2所述的第五代天线阵列与第四代天线共存的终端，其特征在于，所述第一天线阵列和第二天线阵列对称设置在所述终端的左右两侧。
5.如权利要求2所述的第五代天线阵列与第四代天线共存的终端，其特征在于，所述第一天线阵列和第二天线阵列非对称设置在所述终端的左右两侧。
6.如权利要求2所述的第五代天线阵列与第四代天线共存的终端，其特征在于，所述第一天线阵列和第二天线阵列分别设置在终端的相邻边位置。
7.如权利要求2所述的第五代天线阵列与第四代天线共存的终端，其特征在于，所述4GLTE天线系统包括4G第一天线和4G第二天线，所述4G第一天线设置在终端的上端部，所述4G第二天线设置在终端的下端部。
8.如权利要求7所述的第五代天线阵列与第四代天线共存的终端，其特征在于，所述第一天线阵列设置在所述4G第一天线的正下方，所述第二天线阵列设置在所述第一天线阵列所处边的相邻边位置。
9.如权利要求7所述的第五代天线阵列与第四代天线共存的终端，其特征在于，所述第一天线阵列设置在所述4G第二天线的正上方，所述第二天线阵列设置在所述第一天线阵列所处边的相邻边位置。
10.如权利要求7所述的第五代天线阵列与第四代天线共存的终端，其特征在于，所述第一天线阵列靠近第二天线阵列设置。
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