CN209329147U - 一种紧凑型四单元mimo手持天线系统 - Google Patents
一种紧凑型四单元mimo手持天线系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种紧凑型四单元MIMO手持天线系统。包括矩形的基板和四个单元天线；基板包括矩形的介质板，介质板的底面设有金属地层；金属地层的四个角处分别开设有窗口，每个窗口处的介质板上设有支撑体，单元天线设于支撑体上；单元天线为立体的F型，包括顶部枝条、侧面枝条、接地枝条、传输枝条和信号输入端口条；顶部枝条和侧面枝条均为辐射枝条，且条长相等；顶部枝条和侧面枝条的共同作用使天线单元所覆盖的频带增加；所述四个单元天线构成一种紧凑型四单元MIMO手持天线系统。本实用新型的每一个天线单元的尺寸较小，解决了手机内部预留给天线设计空间不足的问题，也保证了在不引入任何附加去耦结构的情况下具有较高的隔离度；满足对于LTE band 42(3400‑3600MHz)与我国的5G通信系统频段(3300‑3600MHz)覆盖的要求。
Description
技术领域
本实用新型属于天线技术领域，具体涉及一种适用于LTE band 42频段3400-3600MHz手持终端天线，尤其涉及到可应用我国5G通信系统频段3300-3600MHz的手持终端天线系统。
背景技术
无线电系统中发射或接收电磁波的设备，称为天线(antenna)。天线的功能是能量转换：将射频导波能量变换成无线电能量向空间辐射；或反之，将入射的空间电磁波能量变换成射频导波能量传输给接收机。即天线是导行电磁波与空间电磁波之间的转换器。
MIMO(多输入多输出)技术具有在不增加信道带宽以及发射机发射功率的前提下而显著提高系统容量的优点，因此MIMO技术将会成为LTE以及5G通信系统的关键技术之一。
LTE是基于OFDMA技术、由3GPP组织制定的全球通用标准，包括FDD和TDD两种模式。TD-LTE，即 Time Division Long Term Evolution(时分长期演进)，由3GPP组织涵盖的全球各大企业及运营商共同制定，其中Band 42频段为3400-3600MHz
随着LTE网络商用的成果，4G用户不断的增加，物联网以及车联网的不断发展给网络流量造成了极大的压力，因此对于5G通信系统的研究势在必行，与此同时2017年11月我国工信部发布了关于第五代移动通信系统使用频段的相关事宜，该通知正式划定了3300-3600MHz频段用于我国的5G通信系统。
随着MIMO天线系统数量增加，天线单元与单元之间距离将变小，这将导致天线之间的隔离度变差，因此如何改善天线单元间的隔离度使其隔离度高于10 dB已经成为了MIMO天线设计领域中的一个新的挑战；而普遍的做法通常是在天线单元之间使用中和线来提高隔离度或者通过在两天线单元之间的地板上开槽，其中开槽长度约为半个波长，来改善隔离效果亦或是通过在天线单元间放置一块矩形金属贴片，通过在贴片上产生的电流路径来提高天线间的隔离度。
发明内容
为了实现在不引入任何附加去耦结构的情况下具有较高的隔离度，同时天线整体尺寸在5mm×5mm×3mm的情况下可以覆盖LTE band 42与我国的5G通信系统频段，本实用新型提供一种紧凑型四单元MIMO手持天线系统。
一种紧凑型四单元MIMO手持天线系统包括矩形的基板和四个单元天线，所述基板包括矩形的介质板10，介质板10的底面设有金属地层8；
所述金属地层8的四个角处分别开设有窗口7，每个窗口7处的介质板10上设有支撑体6，所述单元天线设于支撑体6上；
所述单元天线为立体的F型，包括顶部枝条1、侧面枝条2、接地枝条3、传输枝条4和信号输入端口条5；所述顶部枝条1和侧面枝条2均为辐射枝条，且条长相等；顶部枝条1和侧面枝条2的共同作用使天线单元所覆盖的频带增加；所述四个单元天线构成一种紧凑型四单元MIMO手持天线系统。
进一步限定的技术方案如下：
所述支撑体6为立方体，所述顶部枝条1设于支撑体6顶面的四周，两端之间设有间隙；所述侧面枝条2环绕设于支撑体6的三个侧面中部，两端之间的间隙为支撑体6的第四个侧面，且与顶部枝条1两端之间的间隙错开；所述传输枝条4的一端分别连接着顶部枝条1的一端和侧面枝条2的一端，传输枝条4的另一端连接着所述信号输入端口条5的一端，信号输入端口条5的另一端连接金属地层8；所述接地枝条3的一端为接地点，接地枝条3的另一端连接侧面枝条2，且与传输枝条4相邻。
所述顶部枝条1的长度和侧面枝条2的长度均为3400MHz谐振频点的四分之一波长的长度。
所述介质板10为电损耗正切为0.02的FR4介质基板。
所述支撑体6的材料与介质板10的材料相同。
每一个天线单元的尺寸为5mm×5mm×3mm。
本实用新型的有益技术效果体现在以下方面：
1. 本实用新型的每一个天线单元的尺寸仅为5mm×5mm×3mm，尺寸较小，解决了手机内部预留给天线设计空间不足的问题，也保证了在不引入任何附加去耦结构的情况下具有较高的隔离度。
2.相比于以往结构较为复杂而覆盖频段较少的天线，本实用新型结构设计简单同时满足对于LTE band 42(3400-3600MHz)与我国的5G通信系统频段(3300-3600MHz)覆盖的要求。
3.本实用新型覆盖频段内，各频段具有较好的增益以及辐射效率，满足了如今无线通信系统的性能要求。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为单元天线结构示意图。
图3为具有介质体的单元天线示意图。
图4为单元天线展开图。
图5为基板结构示意图。
图6为MIMO天线S参数示意图。
图7为MIMO天线各单元间隔离度示意图。
图8为MIMO天线单元增益图。
图9为MIMO天线单元辐射效率图。
图10为1#天线单元辐射方向图。
图11为2#天线单元辐射方向图。
上图1-5中序号：顶部枝条1、侧面枝条2、接地枝条3、传输枝条4、信号输入端口条5、支撑体6、窗口7、金属地层8、介质板10。
具体实施方式
下面结构附图，通过实施例对本实用新型做进一步地说明。
实施例
参见图1，一种紧凑型四单元MIMO手持天线系统包括矩形的基板和四个单元天线。参见图5，基板包括矩形的介质板10，介质板10为电损耗正切为0.02的FR4介质基板。介质板10的底面上固定设有金属地层8，金属地层8的四个角处分别开设有窗口7，介质板10的四个顶角处固定设有支撑体6，支撑体6为立方体，材料同介质板10。窗口7为梯形区域，起阻抗匹配作用；窗口7的具体尺寸为5mm×4.5mm+2mm×2.3mm。
参见图2，单元天线为立体的F型，包括顶部枝条1、侧面枝条2、接地枝条3、传输枝条4和信号输入端口条5；其中顶部枝条1和侧面枝条2均为辐射枝条，且条长相等，均为3400MHz谐振频点的四分之一波长的长度，共同作用实现覆盖带宽的扩展单元天线。参见图3和图4，顶部枝条1固定设于支撑体6顶面的四周，两端之间设有间隙；所述侧面枝条2固定环绕设于支撑体6的三个侧面中部，两端之间的间隙为支撑体6的第四个侧面，且与顶部枝条1两端之间的间隙错开；所述传输枝条4的一端分别连接着顶部枝条1的一端和侧面枝条2的一端，传输枝条4的另一端连接着信号输入端口条5的一端，信号输入端口条5的另一端连接金属地层8；所述接地枝条3的一端为接地点，接地枝条3的另一端连接侧面枝条2，且与传输枝条4相邻。
顶部枝条1和侧面枝条2均为辐射枝条，且长度相等，均为3400MHz谐振频点的四分之一波长的长度，顶部枝条1和侧面枝条2的共同作用使天线单元所覆盖的频带增加。
每一个天线单元的尺寸为5mm×5mm×3mm。
四个单元天线构成一种紧凑型四单元MIMO手持天线系统。由图1可见，单元天线的信号输入端口条5即对应着单元天线的信号端口，四个单元天线分别有四个信号端口，即信号端口Ⅰ、信号端口Ⅱ、信号端口Ⅲ和信号端口Ⅳ。
参见图6 MIMO手持天线系统在-10 dB标准的阻抗带宽下具有超过300 MHz的带宽，可以覆盖LTE系统3400-3600 MHz以及用于5G通信的3300-3600 MHz频段。
参见图7 MIMO手持天线系统在没有引入任何去耦结构的情况下具有较高的隔离度，两天线单元之间的隔离度至少大于10dB。
参见图8 1#天线单元增益范围为3.10-3.23 dB，在3.52 GHz频点处达到最大值；2#天线增益范围为3.12-3.26 dB，在3.53 GHz频点处达到最大值。
参见图9 在整个覆盖频带内MIMO天线系统具有较高的辐射效率，天线单元最大辐射效率可以达到80%以上。
参见为图10，为1#天线单元在3400 MHz处xoz与yoz面方向图，其中xoz与yoz面是由图1中左上角参考坐标系给定。
参见为图11，为2#天线单元在3400 MHz处xoz与yoz面方向图，其中xoz与yoz面是由图1中左上角参考坐标系给定。
本实用新型具有在不增加信道带宽以及发射机发射功率的前提下而显著提高系统容量的优点。本实用新型为了适应LTE及5G系统的发展就此提出了一种紧凑型四单元MIMO手持终端天线，具有尺寸小，覆盖频段宽，较高的增益以及良好的辐射效率的特点，同时具有很好的实用性，具备较好的应用前景。
Claims (6)
1.一种紧凑型四单元MIMO手持天线系统，包括矩形的基板和四个单元天线，所述基板包括矩形的介质板（10），介质板（10）的底面设有金属地层（8），其特征在于：
所述金属地层（8）的四个角处分别开设有窗口（7），每个窗口（7）处的介质板（10）上设有支撑体（6），所述单元天线设于支撑体（6）上；
所述单元天线为立体的F型，包括顶部枝条（1）、侧面枝条（2）、接地枝条（3）、传输枝条（4）和信号输入端口条（5）；所述顶部枝条（1）和侧面枝条（2）均为辐射枝条，且条长相等；顶部枝条（1）和侧面枝条（2）的共同作用使天线单元所覆盖的频带增加；所述四个单元天线构成一种紧凑型四单元MIMO手持天线系统。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型四单元MIMO手持天线系统，其特征在于：所述支撑体（6）为立方体，所述顶部枝条（1）设于支撑体（6）顶面的四周，两端之间设有间隙；所述侧面枝条（2）环绕设于支撑体（6）的三个侧面中部，两端之间的间隙为支撑体（6）的第四个侧面，且与顶部枝条（1）两端之间的间隙错开；所述传输枝条（4）的一端分别连接着顶部枝条（1）的一端和侧面枝条（2）的一端，传输枝条（4）的另一端连接着所述信号输入端口条（5）的一端，信号输入端口条（5）的另一端连接金属地层（8）；所述接地枝条（3）的一端为接地点，接地枝条（3）的另一端连接侧面枝条（2），且与传输枝条（4）相邻。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑型四单元MIMO手持天线系统，其特征在于：所述顶部枝条（1）的长度和侧面枝条（2）的长度均为3400MHz谐振频点的四分之一波长的长度。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑型四单元MIMO手持天线系统，其特征在于：所述介质板（10）为电损耗正切为0.02的FR4介质基板。
5.根据权利要求1所述的一种紧凑型四单元MIMO手持天线系统，其特征在于：所述支撑体（6）的材料与介质板（10）的材料相同。
6.根据权利要求1所述的一种紧凑型四单元MIMO手持天线系统，其特征在于：每一个天线单元的尺寸为5mm×5mm×3mm。
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|---|---|---|---|
| CN201920416236.1U CN209329147U (zh) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | 一种紧凑型四单元mimo手持天线系统 |
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| CN209329147U true CN209329147U (zh) | 2019-08-30 |
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ID=67733270
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| CN201920416236.1U Active CN209329147U (zh) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | 一种紧凑型四单元mimo手持天线系统 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN209329147U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112563730A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-26 | 南京航空航天大学 | 适用于5g全频段通信的高隔离度超宽带mimo天线 |
| CN113381185A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-09-10 | 南京航空航天大学 | 一种基于芯片集成模块的5g移动终端mimo天线 |
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2019
- 2019-03-29 CN CN201920416236.1U patent/CN209329147U/zh active Active
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