CN206422221U - 电磁多输入多输出天线系统及移动终端 - Google Patents

Abstract

本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种电磁多输入多输出天线系统及移动终端，其包括电路基板、第一辐射单元和第二辐射单元，所述第一辐射单元和所述第二辐射单元分别耦合设置在所述电路基板的相对两侧，且两者中的一者包括电天线，另一者包括磁天线。由于电天线与磁天线正交，因此第一辐射单元和第二辐射单元之间的隔离度较高，因此该电磁多输入多输出天线系统的性能较高。

Description

电磁多输入多输出天线系统及移动终端

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种电磁多输入多输出天线系统及移动终端。

背景技术

根据无线通信的标准要求(例如802.11n，LTE，LTE-A等)，无线通信的终端设备都需要提供多个天线以增加系统的传输速率、减小误码率。一个多电磁多输入多输出天线系统至少需要包括工作于同一频带范围的两个天线，而多电磁多输入多输出天线系统的性能很大程度上依赖于天线之间的耦合度以及信号的相关性。因此，对于体积受限的无线通信的终端设备，尤其是手机设备，多电磁多输入多输出天线系统常常需要在性能和体积之间求取平衡。尤其对于工作频率较低的频段，例如GSM850、 GSM900以及LTE700，多天线之间的隔离度往往小于6dB，相关性往往大于0.5，这极大降低了多电磁多输入多输出天线系统的性能。

传统的天线绝大多数是电天线，即天线的近场储能是由电场储能占据主导，也就更容易与电场发生耦合。对于手机来说，在1GHz附近，手机基板的电长度大概为波长的1/3，因此，加载在手机基板上的电天线极易激励起手机自身的谐振模式。当采用多个电天线时，各天线则同时激励手机基板模式，因此引起了极大地耦合，产生了很高的相关性。因此，传统技术容易导致电磁多输入多输出天线系统的性能偏低。

实用新型内容

本申请提供了一种电磁多输入多输出天线系统和移动终端，以提高电磁多输入多输出天线系统的性能。

本申请的第一方面提供了一种电磁多输入多输出天线系统，其包括电路基板、第一辐射单元和第二辐射单元，所述第一辐射单元和所述第二辐射单元分别耦合设置在所述电路基板的相对两侧，且两者中的一者包括电天线，另一者包括磁天线。

优选地，所述电天线包括第一辐射体和馈电微带线，所述第一辐射体通过所述馈电微带线与所述电路基板耦合，且所述第一辐射体与所述馈电微带线形成弯折结构。

优选地，所述电天线为单极电天线，且所述电天线为双频天线或者多频天线。

优选地，所述第一辐射体包括具有开口的开口环段、连接于开口环段的一端的T形段，所述T形段位于所述开口环段的内部，所述馈电微带线连接于所述开口环段的另一端。

优选地，所述磁天线包括馈电环和第二辐射体，所述馈电环包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分相连并形成弯折结构，所述第二辐射体通过所述馈电环与所述电路基板耦合。

优选地，所述磁天线还包括谐振电容，所述谐振电容设置于所述馈电环上。

优选地，所述第二辐射体包括平行设置的第一直线段、第二直线段和第三直线段，以及连接于所述第一直线段、第二直线段和第三直线段的同一侧的第四直线段。

优选地，所述第二辐射体还包括第五直线段和开关二极管，所述第五直线段位于所述第一直线段和所述第二直线段之间，所述开关二极管连接于所述第五直线段与所述第四直线段之间。

优选地，还包括支撑部，所述磁天线被支撑于所述支撑部上。

优选地，所述电路基板具有长度方向和宽度方向，所述第一辐射单元和所述第二辐射单元沿着所述电路基板的长度方向间隔分布。

本申请的第二方面提供了一种移动终端，其包括电磁多输入多输出天线系统，所述电磁多输入多输出天线系统为上述任一项所述的电磁多输入多输出天线系统。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请所提供的电磁多输入多输出天线系统包括第一辐射单元和第二辐射单元，两者中的一者包括电天线，另一包包括磁天线，而电天线与磁天线正交，因此第一辐射单元和第二辐射单元之间的隔离度较高，因此该电磁多输入多输出天线系统的性能较高。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的电磁多输入多输出天线系统的结构示意图；

图2为图1所示电磁多输入多输出天线系统的尺寸标示图；

图3为本申请实施例所提供的电磁多输入多输出天线系统中，馈电环的结构示意图；

图4为图3所示馈电环的尺寸标示图；

图5为谐振电容的频率可重构性示意图；

图6为对本申请实施例所提供的电磁多输入多输出天线系统进行仿真时的对应结构示意图；

图7为对本申请实施例所提供的电磁多输入多输出天线系统进行仿真时得到的传输参数图；

图8为本申请实施例所提供的电磁多输入多输出天线系统所涉及的等效辐射电阻的结构示意图；

图9为本申请实施例所提供的电磁多输入多输出天线系统所涉及的等效辐射电阻的等效电路图；

图10a和图10b为对本申请实施例所提供的电磁多输入多输出天线系统进行仿真时得到的隔离度对比示意图；

图11a-图11f为对本申请实施例所提供的电磁多输入多输出天线系统进行仿真时得到的方向图对比示意图；

图12为对本申请实施例所提供的电磁多输入多输出天线系统进行仿真时得到的信道容量参数图。

附图标记：

1-电路基板；

2-第一辐射单元；

20-第一辐射体；

200-T形段，201-开口环段；

21-馈电微带线；

3-第二辐射单元；

30-馈电环；

300-第一部分；

301-第二部分；

301a-金属条；

302-谐振电容；

31-第二辐射体；

310-第一直线段，311-第二直线段，312-第三直线段，

313-第四直线段，314-第五直线段，315-开关二极管。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

如图1-4所示，本申请实施例提供了一种电磁多输入多输出天线系统，该电磁多输入多输出天线系统可以是多输入多输出天线，其可包括电路基板1、第一辐射单元2和第二辐射单元3。电路基板1的介质层厚度可以为0.8mm，形状可以为矩形，长宽尺寸可以是135mm×50mm。该电路基板1采用金属化基板，其介质层可以采用介电常数为4.2、损耗角正切值为0.02的FR4板，金属层可以采用电导率为5.8e+007s/m的铜材。第一辐射单元2和第二辐射单元3分别耦合设置在电路基板1的相对两侧，且两者中的一者包括电天线，另一者包括磁天线。

上述磁天线为耦合馈电的环天线，构建该环天线之后可以形成一个磁偶极子，使该环天线在近场的储能主要为磁场能，减小与电路基板1之间的耦合，其具体可以采用平面结构。

如此设置后，由于电天线与磁天线正交，就可以利用极化分集实现第一辐射单元2和第二辐射单元3的天线之间的正交，因此第一辐射单元2 和第二辐射单元3之间的隔离度较高，使得整个电磁多输入多输出天线系统的各天线之间的相关性系数降低，辐射效率提高，从而增加了信道容量。因此该电磁多输入多输出天线系统的性能较高。此外，该电磁多输入多输出天线系统在多天线复用模式下可以达到更低的人体吸收率，提供更加健康环保的辐射模式。

一种实施例中，上述电天线可以包括第一辐射体20和馈电微带线21，该第一辐射体20通过馈电微带线21与电路基板1耦合，且第一辐射体20 与馈电微带线21形成弯折结构，例如两者之间可以垂直设置。馈电微带线21可以印制于电路基板1上，其可用于连接50欧姆的同轴馈电线，或者放大器的端口。馈电微带线21的长度可以为4mm，其与移动终端的边缘之间的距离可以为12mm，第一辐射体20和馈电微带线21的宽度均可以设置为1mm。第一辐射体20的形式可以灵活选择，例如可以是倒F天线、平面倒F天线、倒L天线等等。

优选地，上述电天线可以为单极电天线，并且该电天线可以采用双频天线或者多频天线，以使得本申请实施例提供的电磁多输入多输出天线系统可以成为多频多输入多输出电磁多输入多输出天线系统。

上述第一辐射体20的具体结构可以有多种选择，本申请实施例中，第一辐射体20可以包括具有开口的开口环段201、连接于该开口环段201 的一端的T形段200，该T形段200位于开口环段201的内部，馈电微带线21则连接于开口环段201的另一端。此种结构可以使得电天线具有更大的带宽。

一种实施例中，上述磁天线可包括馈电环30和第二辐射体31，第二辐射体31通过馈电环30与电路基板1耦合。馈电环30包括第一部分300 和第二部分301，第一部分300和第二部分301相连并形成弯折结构，以使整个磁天线呈现为立体结构，例如第一部分300和第二部分301可以垂直设置。馈电环30可以选用方形半环、L型馈电结构或者T型馈电结构等等，馈电环30的谐振频率和匹配情况可以根据馈电环30的大小以及电容值的大小来调整。第二部分301中可以包含金属条301a，其长度L3可以为26mm，其工作在高频范围，且该金属条301a与磁天线的内边缘之间的距离可以设置为5mm。

另外，上述磁天线通常还包括工作于高频范围的金属线。

进一步地，前述第二辐射体30可以包括平行设置的第一直线段310、第二直线段311和第三直线段312，以及连接于第一直线段310、第二直线段311和第三直线段312的同一侧的第四直线段313。第一直线段310、第二直线段311、第三直线段312和第四直线段313均可以为金属条结构，四者形成的馈电环30具有更高的性能。

为了调整磁天线的带宽，上述第二辐射体31还可以包括第五直线段 314和开关二极管315，第五直线段314位于第一直线段310和第二直线段311之间，开关二极管315连接于第五直线段314与第四直线段313之间。当开关二极管315打开时，第五直线段314被接入第一直线段310、第二直线段311、第三直线段312和第四直线段313所形成的天线结构中，使得整个磁天线处于第一工作频段；当开关二极管315断开时，仅由第一直线段310、第二直线段311、第三直线段312和第四直线段313形成天线结构，第五直线段314处于非工作状态，使得整个磁天线处于第一工作频段。此处的第一工作频段和第二工作频段互不相同，以此调节磁天线的工作频段，例如第一工作频段可以为低频，第二工作频段可以为高频。可见，通过开关二极管315的通断可以产生频率的跳变，使得电磁多输入多输出天线系统可以在多个频段范围内工作。

第五直线段314与磁天线的内环(即馈电环30)边缘(即馈电环30 与电路基板1的连接位置处)之间的距离可以为0.7mm。内环的宽度为2 mm。馈电环30可以接50ohm射频接头的内导体，射频接头的外导体直接与电路基板1相连。

采用上述开关二极管315之后，开关二极管315断开时，电磁多输入多输出天线系统可以工作在1.8GHz和2.6GHz频段，开关二极管315接通时，电磁多输入多输出天线系统可以工作在0.9GHz频段。

为了增大电磁多输入多输出天线系统的带宽，前述磁天线还可包括谐振电容302，该谐振电容302可以调节磁天线的谐振频率和阻抗匹配情况，其可以设置于馈电环30上。此谐振电容302可以是集中的电容元件，也可以为印刷的交指电容。可选地，此谐振电容302可以由可变电容来代替，通过调节可变电容的值，可以使得磁天线在低频范围实现连续的频率可重构。具体地，该谐振电容302的频率可重构性可以参照图5。

上述谐振电容302具体设置于磁电线的第一部分300上，并且，该第一部分300可以关于谐振电容302的设置位置呈对称结构。该第一部分300 的高度可以为4mm，电容值可以为0.35pF。

上述磁天线为环天线，因此为了提升磁天线的结构强度，还可以设置支撑部，磁天线可以被支撑于该支撑部上。具体地，支撑部可以采用中空的塑料载体，该塑料载体的平均介电常数近似为1.2。

上述各实施例中，电路基板1通常可以具有长度方向和宽度方向，也就是说该电路基板1的尺寸具有方向性。此时，第一辐射单元2和第二辐射单元3可以沿着电路基板1的宽度方向间隔分布，也可以沿电路基板1 的长度方向间隔分布。鉴于沿此处的长度方向间隔分布可以适当加大第一辐射单元2和第二辐射单元3之间的距离，以此进一步提高第一辐射单元 2和第二辐射单元3之间的隔离度，本申请实施例优选第一辐射单元2和第二辐射单元3沿着电路基板1的长度方向间隔分布。

当然，除了第一辐射单元2和第二辐射单元3沿着电路基板1的长度方向或者宽度方向设置于电路基板1的相对两侧的方式以外，第一辐射单元2和第二辐射单元3也可以设置于电路基板1的同一侧。

对本申请实施例提供的上述电磁多输入多输出天线系统进行仿真分析时，相应的结构如图6所示，其中A指代偶极子天线，B指代环天线，仿真分析后得到如图7所示的传输参数图。如此可以得出：两天线之间的隔离度大于30dB，偶极子天线具有较大的带宽，而环天线的带宽很小。由环天线的仿真阻抗分析得其辐射电阻仅为0.045欧姆，由于实际应用中，金属和介质都存在损耗，损耗电阻的值远远大于辐射电阻的值，会导致天线的辐射效率非常低(<10％)。因此，需要提高天线的辐射电阻以提高磁天线的效率。基于分离环谐振器(Split Ring Resonator,SRR)的原理，本申请实施例提供的电磁多输入多输出天线系统利用分离的耦合馈电环，实现了阻抗变换功能，增加了天线的等效辐射电阻，其结构以及相应的等效电路分别如图8和图9所示。

馈电环30的作用是将能量耦合到第二辐射体31上，而不会改变其谐振频率，整个结构的谐振频率由馈电环30外侧辐射半方环的大小决定，阻抗匹配的程度由加载在馈电环30中部的电容值的大小决定。此时，天线在端口处的输入阻抗值为数十欧姆，使得阻抗匹配更为容易。在电路基板1的另一端，采用弯折的单极天线，其为电天线的典型代表。例如手机天线中的大部分天线均为电天线，与手机基板形成强烈的耦合，构成了类似于偶极子的方向图，在与手机垂直的平面上实现全向辐射。

对于图2和图4中所示的各参数，本申请实施例优选下表一所示的较佳数值：

表一

参数	数值
		L1	15mm
W1	50mm
		L2	20mm
W2	5mm
		W3	2mm
W4	21mm
		h1，h2	4mm
L3	26mm
		d1	5mm
d2	12mm
		Lm1	10mm
Lm2	5mm
		Wm	1mm

采用表一所述尺寸进行仿真分析后得到如图10a、图10b、图11a-图 11f、图12所示的仿真结果。天线之间的隔离度在低频大于20dB，在高频大于18dB。在低频处磁天线相对较窄的带宽可以通过谐振电容302调频来弥补。如图11a-11f所示，两天线之间的方向图具有明显的正交性，通过计算方向图之间的包络相关系数，得天线的相关性系数低频为0.008，高频小于0.1，其通带内的辐射效率分别在80％和76％左右。对比该天线与传统天线在频带内的信道容量，如图12所示，可以看出，其平均信道容量比传统两电磁多输入多输出天线系统的信道容量提高了2bit/s/Hz。

基于上述结构，本申请实施例还提供一种移动终端，该移动终端可以为手机、平板电脑等终端设备，该移动终端包括电磁多输入多输出天线系统，此电磁多输入多输出天线系统可以为上述任一实施例所提供的电磁多输入多输出天线系统。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电磁多输入多输出天线系统，其特征在于，包括电路基板、第一辐射单元和第二辐射单元，所述第一辐射单元和所述第二辐射单元分别耦合设置在所述电路基板的相对两侧，且两者中的一者包括电天线，另一者包括磁天线。

2.根据权利要求1所述的电磁多输入多输出天线系统，其特征在于，所述电天线包括第一辐射体和馈电微带线，所述第一辐射体通过所述馈电微带线与所述电路基板耦合，且所述第一辐射体与所述馈电微带线形成弯折结构。

3.根据权利要求2所述的电磁多输入多输出天线系统，其特征在于，所述电天线为单极电天线，且所述电天线为双频天线或者多频天线。

4.根据权利要求2所述的电磁多输入多输出天线系统，其特征在于，所述第一辐射体包括具有开口的开口环段、连接于开口环段的一端的T形段，所述T形段位于所述开口环段的内部，所述馈电微带线连接于所述开口环段的另一端。

5.根据权利要求1所述的电磁多输入多输出天线系统，其特征在于，所述磁天线包括馈电环和第二辐射体，所述馈电环包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分相连并形成弯折结构，所述第二辐射体通过所述馈电环与所述电路基板耦合。

6.根据权利要求5所述的电磁多输入多输出天线系统，其特征在于，所述磁天线还包括谐振电容，所述谐振电容设置于所述馈电环上。

7.根据权利要求5所述的电磁多输入多输出天线系统，其特征在于，所述第二辐射体包括平行设置的第一直线段、第二直线段和第三直线段，以及连接于所述第一直线段、第二直线段和第三直线段的同一侧的第四直线段。

8.根据权利要求7所述的电磁多输入多输出天线系统，其特征在于，所述第二辐射体还包括第五直线段和开关二极管，所述第五直线段位于所述第一直线段和所述第二直线段之间，所述开关二极管连接于所述第五直线段与所述第四直线段之间。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的电磁多输入多输出天线系统，其特征在于，还包括支撑部，所述磁天线被支撑于所述支撑部上。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的电磁多输入多输出天线系统，其特征在于，所述电路基板具有长度方向和宽度方向，所述第一辐射单元和所述第二辐射单元沿着所述电路基板的长度方向间隔分布。

11.一种移动终端，其特征在于，包括电磁多输入多输出天线系统，所述电磁多输入多输出天线系统为权利要求1-10中任一项所述的电磁多输入多输出天线系统。