CN207677073U - 5g mimo天线系统及手持设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种5G MIMO天线系统及手持设备，所述5G MIMO天线系统包括至少四个的间隔设置的天线辐射单元，所述天线辐射单元包括门结构和馈电结构，所述门结构包括第一天线、第二天线和开口，所述第一天线和第二天线相对于所述开口对称设置，所述第一天线和第二天线围成耦合空间，所述馈电结构位于所述耦合空间内，所述馈电结构上设有馈电点。由于天线辐射单元具有自隔离的特点，不需要扩大天线辐射单元之间的距离，即可满足天线辐射单元之间的隔离条件，可以减少整个5G MIMO天线系统的占用空间，适用于手机等手持设备。

Description

5G MIMO天线系统及手持设备
技术领域
本实用新型涉及通讯技术领域，尤其涉及一种5G MIMO天线系统及手持设备。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，第五代(5G)无线通信系统预计将在2020年实现商业化。5G无线通信系统将使用下面两个不同的主要频段：6GHz以下和6GHz以上的毫米波频段。其中，3.5GHz和28GHz将分别作为6GHz以下和6GHz以上毫米波的主要5G频段之一。对于5G毫米波系统，相控天线阵列将被采用。但是对于6GHz以下的5G天线系统，MIMO天线将被使用，而且为了达到5G传输速率的要求，MIMO天线的个数至少要在8个左右，也即8×8的MIMO天线系统将被采用。因为天线占据的空间和天线的个数成正比，所以如何把这么多个天线放置有限的空间里将是我们要面临的一个首要问题。无疑，如果能够把天线系统的尺寸控制到最小，上述问题将得到解决。能否减少天线系统的尺寸不仅取决于能否减小每个天线单元的尺寸，而且还取决于能否把相邻的两个天线布置得更近。但是当把相邻天线之间的距离布置较近时，天线之间的间距将减小，而天线之间的间距的减小将增加天线之间的隔离度进而直接影响天线的辐射效率，所以对于含有多个天线的MIMO天线系统而言，要解决的关键问题之一就是如何找到行之有效的能减小天线之间间距或者是减少天线之间隔离度的方法。
事实上，降低天线之间的间距或减少天线之间的隔离度的问题已经被广泛地研究和讨论过，多种减少天线之间的隔离度问题的方案已被提出过，比如通过在两个相邻天线之间加入隔离条、在系统的PCB板上开缝隙、使用隔离网络以及在天线之间加入具有隔离效果的中和线等。无论使用上述哪种设计，都会增加天线的复杂程度和设计的难度，同时还会为后期的调试增加难度，特别是在设备本身的空间就有限的情况，比如我们日常所使用的手机和其它的手持设备等。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种5G MIMO天线系统及手持设备，不需要设置额外的隔离元件，具有很好的自隔离效果。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种5G MIMO天线系统，包括至少四个的间隔设置的天线辐射单元，所述天线辐射单元包括门结构和馈电结构，所述门结构包括第一天线、第二天线和开口，所述第一天线和第二天线相对于所述开口对称设置，所述第一天线和第二天线围成耦合空间，所述馈电结构位于所述耦合空间内，所述馈电结构上设有馈电点。
进一步的，所述第一天线和第二天线均包括第一分支和第二分支，所述第一分支与第二分支固定连接。
进一步的，所述第一天线和第二天线的形状均为L形。
进一步的，所述第一分支与第二分支的连接处设有电感组件。
进一步的，所述第二分支包括弯折部。
进一步的，所述馈电结构包括第三分支和第四分支，所述第四分支的一端与第三分支的中部固定连接，所述第四分支远离第三分支的另一端设有所述馈电点。
进一步的，所述馈电结构的形状为T形。
进一步的，所述5G MIMO天线系统的工作频率范围为3.3～3.4GHz、3.4～3.6GHz或4.8～5.0GHz。
本实用新型采用的另一技术方案为：
一种手持设备，包括所述的5G MIMO天线系统。
本实用新型的有益效果在于：天线辐射单元通过位于门结构内部的馈电结构进行馈电，同时第一天线和第二天线与馈电结构进行耦合，通过调整门结构和馈电结构的尺寸和间距，可以产生5G MIMO天线系统中所需要的谐振频率。由于天线辐射单元是具有左右对称的门结构因而该天线辐射单元具有自隔离的特点，不需要扩大天线辐射单元之间的距离和使用额外的隔离元件，即可满足天线辐射单元之间的隔离条件，可以减少整个5G MIMO天线系统的占用空间，适用于手机等手持设备。
附图说明
图1为本实用新型实施例一的5G MIMO天线系统在5G手机中的布置示意图；
图2为图1中5G MIMO天线系统的部分结构示意图；
图3为本实用新型实施例一的另一5G MIMO天线系统的部分结构示意图；
图4为图1中位于同一侧的四个天线辐射单元的S-参数图；
图5为图1中位于同一侧的其中两个天线辐射单元的总效率随频率变化的曲线图；
图6为图1中的一个天线辐射单元在工作时的天线电流分布图；
图7为图1中的另一个天线辐射单元在工作时的天线电流分布图；
图8为传统MIMO天线系统在手机一侧的四个天线辐射单元的结构分布图；
图9为图8中的传统MIMO天线系统的S-参数图；
图10为本实用新型实施例二的5G MIMO天线系统在5G手机中的布置示意图。
标号说明：
1、天线辐射单元；2、门结构；3、馈电结构；4、PCB板；21、第一天线；
22、第二天线；23、开口；211、第一分支；212、第二分支；213、接地点；
5、电感组件；31、第三分支；32、第四分支；33、馈电点；2121、弯折部。
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：第一天线和第二天线围成耦合空间，馈电结构位于所述耦合空间内。
请参照图1至图3，一种5G MIMO天线系统，包括至少四个的间隔设置的天线辐射单元，所述天线辐射单元包括门结构和馈电结构，所述门结构包括第一天线、第二天线和开口，所述第一天线和第二天线相对于所述开口对称设置，所述第一天线和第二天线围成耦合空间，所述馈电结构位于所述耦合空间内，所述馈电结构上设有馈电点。
从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：天线辐射单元通过位于门结构内部的馈电结构进行馈电，同时第一天线和第二天线与馈电结构进行耦合，通过调整门结构和馈电结构的尺寸和间距，可以产生5G MIMO天线系统中所需要的谐振频率。由于天线辐射单元是具有左右对称的门结构因而该天线辐射单元具有自隔离的特点，不需要扩大天线辐射单元之间的距离和使用额外的隔离元件，即可满足天线辐射单元之间的隔离条件，可以减少整个5G MIMO天线系统的占用空间，适用于手机等手持设备。
进一步的，所述第一天线和第二天线均包括第一分支和第二分支，所述第一分支与第二分支固定连接。
进一步的，所述第一天线和第二天线的形状均为L形。
由上述描述可知，L形的第一天线和第二天线可以减小天线在长度方向上占用的空间，同时可以增大与馈电结构之间的耦合。
进一步的，所述第一分支与第二分支的连接处设有电感组件来增加天线分支的长度。
由上述描述可知，设置电感组件可以用来减小门结构的长度。
进一步的，所述第二分支包括弯折部。
由上述描述可知，在第二分支上设置弯折部可以降低整个5G MIMO天线系统的高度，利于将5G MIMO天线系统应用于较薄的手持设备，例如手机等。
进一步的，所述馈电结构包括第三分支和第四分支，所述第四分支的一端与第三分支的中部固定连接，所述第四分支远离第三分支的另一端设有所述馈电点。
进一步的，所述馈电结构的形状为T形。
由上述描述可知，T形的馈电结构可以同时与第一天线和第二天线进行对等的耦合。
进一步的，所述5G MIMO天线系统的工作频率范围为3.3～3.4GHz、3.4～3.6GHz或4.8～5.0GHz。
由上述描述可知，可以通过调节天线辐射单元的结构使得MIMO天线系统工作在不同的5G频段上。
实施例一
请参照图1至图9，本实用新型的实施例一为：
一种具有5G MIMO天线系统的手持设备，手持设备可以是手机。在未来的5G手机中，目前被广泛使用的4G LTE通讯系统(以及其他天线，如GPS等)将和5G通讯系统共存，由于4G LTE天线已经被放置在手机的上、下两端，因此，5G MIMO天线系统在手机中放置的最佳位置将是在手机的左右两侧。图1为5G 8×8MIMO天线系统在未来的5G手机中的布置示意图，其中PCB板4的尺寸为150mm×75mm×0.8mm。所述5G MIMO天线系统包括八个天线辐射单元1，每一侧包括四个天线辐射单元1，位于同一侧的相邻两个天线辐射单元1之间的距离可以相等或略有差异。天线辐射单元1的数目不限于八个，还可以根据需要设置其他的数目，但天线辐射单元1的数目至少为四个。如图2所示，所述天线辐射单元1包括门结构2和馈电结构3，所述门结构2包括第一天线21、第二天线22和开口23，所述第一天线21和第二天线22相对于所述开口23对称设置。所述第一天线21和第二天线22均包括第一分支211和第二分支212，所述第一分支211与第二分支212固定连接，本实施例中，所述第一天线21和第二天线22的形状均为L形，在第二分支212远离第一分支211的一侧设有接地点213。如图3所示，在第一分支211与第二分支212的连接处还可以设置电感组件5，用于减少门结构天线的长度。
所述第一天线21和第二天线22围成耦合空间，所述馈电结构3位于所述耦合空间内，所述馈电结构3上设有馈电点33。所述馈电结构3包括第三分支31和第四分支32，所述第四分支32的一端与第三分支31的中部固定连接，所述第四分支32远离第三分支31的另一端设有所述馈电点33，优选的，所述馈电结构3的形状为T形，T形的馈电结构3可以与L形的第一天线21和第二天线22进行对等耦合。本实施例中，5G MIMO天线系统可以依托在手机天线的塑料支架上(图中未示)，通过调节天线的馈电结构3和门结构2的尺寸、距离可以产生5GMIMO天线系统所需要的谐振频率。
图4为5G MIMO天线系统中位于同一侧的四个天线辐射单元的S-参数图，由于MIMO天线系统具有以PCB板为中心的左右对称性，因此，只给出了同一侧的测试结果。从图4可以看出，该天线系统的工作频率范围可以在3.4～3.6GHz之间，同时天线辐射单元之间的隔离度均好于-21dB。由于图4中的结果是在四个天线辐射单元的相邻两个馈电点之间的距离相等的情况下得到的，因此，天线辐射单元之间的隔离度还可以通过适当地调节天线辐射单元之间的距离进行进一步的优化。图5为5G MIMO天线系统中其中两个天线辐射单元的总效率随频率变化的曲线图。从图中可以看出，天线辐射单元的总效率在3.4～3.6GHz的范围内均好于-2.25dB。从图4和图5可知，本实用新型的5G MIMO天线系统完全可以满足6GHz以下的5G天线系统在手机中使用的要求。
为了进一步阐述所述5G MIMO天线系统的工作原理，我们可以通过观察和分析天线辐射单元在频率为3.5GHz时天线电流在不同天线辐射单元上的分布图。为了简化，我们只将其中两个天线辐射单元分别在工作时的情况进行分析和讨论。图6为第一个天线辐射单元在工作时的天线电流分布图，图7为第二个天线辐射单元在工作时的天线电流分布图。从图6和图7我们可以清晰地看出电流分布的最大强度集中在工作的天线辐射单元的内部，这也正是本实施例中天线辐射单元之间具有很好的隔离度的原因。因此，本实施例的天线辐射单元除了具有良好的辐射作用外，还同时起到了与相邻天线辐射单元之间的隔离作用，即天线辐射单元具有自隔离的效果。
为了进一步证明本实施的5G MIMO天线系统的优越性，对手机中的传统的8×8MIMO天线系统进行了分析，如图8所示，为传统MIMO天线系统在手机一侧的四个天线辐射单元的结构分布图，从图中可以看出，每个天线辐射单元只有一个馈电分支和一个辐射分支。图9为图8中的传统MIMO天线系统的S-参数图，从图9中可以看出，相邻天线辐射单元之间的最差隔离度只能达到-10dB左右，无法满足5G MIMO天线系统对天线辐射单元之间隔离度的要求。
本实施例中，还可以通过调节门结构、馈电结构的尺寸和间距，使得5G MIMO天线系统工作在3.3～3.4GHz或4.8～5.0GHz的频率范围，当然，也可以通过结构的调节使5GMIMO天线系统工作在其他的5G频段，不限于上述列举的频率范围。
实施例二
请参照图10，本实用新型的实施例二为实施例一的进一步扩展。天线辐射单元的第二分支包括弯折部2121，即第二分支的一部分与第一分支位于同一个平面，第二分支的另一部分与馈电结构位于同一个平面。这样设置的好处是：可以降低5G MIMO天线系统的整体高度，利于手机朝轻薄化的方向发展。
综上所述，本实用新型提供的一种5G MIMO天线系统及手持设备，5G MIMO天线系统中的天线辐射单元不仅起到天线辐射体的作用，同时还起到与相邻天线辐射单元的隔离元件的作用，不用在相邻两个天线辐射单元之间额外设置隔离元件，结构简单，占用空间小，当5G MIMO天线系统应用于手机等手持设备时，可以完全满足5G通讯系统的要求。
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 (9)

1.一种5G MIMO天线系统，包括至少四个的间隔设置的天线辐射单元，其特征在于，所述天线辐射单元包括门结构和馈电结构，所述门结构包括第一天线、第二天线和开口，所述第一天线和第二天线相对于所述开口对称设置，所述第一天线和第二天线围成耦合空间，所述馈电结构位于所述耦合空间内，所述馈电结构上设有馈电点。
2.根据权利要求1所述的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述第一天线和第二天线均包括第一分支和第二分支，所述第一分支与第二分支固定连接。
3.根据权利要求2所述的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述第一天线和第二天线的形状均为L形。
4.根据权利要求2所述的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述第一分支与第二分支的连接处设有电感组件。
5.根据权利要求2所述的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述第二分支包括弯折部。
6.根据权利要求1所述的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述馈电结构包括第三分支和第四分支，所述第四分支的一端与第三分支的中部固定连接，所述第四分支远离第三分支的另一端设有所述馈电点。
7.根据权利要求6所述的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述馈电结构的形状为T形。
8.根据权利要求1所述的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述5G MIMO天线系统的工作频率范围为3.3～3.4GHz、3.4～3.6GHz或4.8～5.0GHz。
9.一种手持设备，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的5G MIMO天线系统。
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