CN104253315B - 多天线***和移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多天线***和移动终端，天线***包括：两个第一种平面倒F PIFA天线，所述第一种PIFA天线包括第一金属贴片、第一金属地板、第一馈线和第一金属短路枝节；所述第一金属贴片上开设有倒L形缝隙；所述第一金属贴片与所述第一金属地板平行，且通过所述第一馈线和第一金属短路枝节相连；两个所述第一种PIFA天线关于YOZ面对称，两个所述第一种PIFA天线上的第一金属地板之间的距离大于0，且小于两个所述第一种PIFA天线上的第一金属贴片之间的距离。

Description

多天线***和移动终端

技术领域

本发明涉及天线技术，尤其涉及一种多天线***和移动终端。

背景技术

天线是无线通信***的重要组成部分，移动通信终端中，通常采用单个天线来发射和接收信号。但是，随着移动通信***在功能、容量、质量和服务业务上不断升级，以及无线信号传播环境的复杂度提高，信道受到地形、温度、湿度等环境因素的影响，使得电波在空中传播衰落严重，影响了移动通信质量，因此，只采用单个天线很难在复杂的传播环境中保持较好的通信性能，需要用多入多出(Multi-Input Multi-Output，MIMO)技术来实现更高的传输速率、更高的信道容量、较低的发射功率以及克服恶劣的传输环境等要求。其中，MIMO技术需要通过多天线***来实现。

然而多天线之间存在互扰和电磁串扰，使得电磁环境(Electro MagneticCompatibility，简称为EMC)变差，导致天线效率降低，从而影响移动终端的通信质量。并且，由于移动终端的微型化和超薄化，使得移动终端给予天线的空间越来越少。如何在有限的空间中集成多个天线，并防止多天线工作状态下各天线之间的互扰和电磁串扰引起天线效率的降低，成为移动终端的多天线***中天线布局亟需解决的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种多天线***和移动终端，以在增加双频移动终端中的天线数量的同时实现较高的隔离度。

第一方面，本发明实施例提供一种多天线***，包括：两个第一种平面倒F PIFA天线，所述第一种PIFA天线包括第一金属贴片、第一金属地板、第一馈线和第一金属短路枝节；

所述第一金属贴片上开设有倒L形缝隙；

所述第一金属贴片与所述第一金属地板平行，且通过所述第一馈线和第一金属短路枝节相连；

两个所述第一种PIFA天线关于YOZ面对称，两个所述第一种PIFA天线上的第一金属地板之间的距离大于0，且小于两个所述第一种PIFA天线上的第一金属贴片之间的距离。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，还包括：第一中间装置，所述第一中间装置包括：

第二金属地板，位于两个所述第一种PIFA天线上的第一金属地板之间，且与所述第一金属地板垂直；

介质板，位于两个所述第一种PIFA天线上的第一金属地板之间，且位于所述第二金属地板的上方，与所述第二金属地板平行；

第二种PIFA天线，包括第二金属贴片、第二金属短路枝节和同轴馈线，所述第二金属贴片上设有U形槽，所述第二金属贴片位于所述介质板上背离所述第二金属地板的一面，通过所述第二金属短路枝节和同轴馈线与所述第二金属地板相连。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述第二种PIFA天线有两个，两个所述第二种PIFA天线之间设置有隔离枝节。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述隔离枝节设置在所述第二金属地板上，所述隔离枝节为空心槽结构，包括主枝节和多个分枝节，所述多个分枝节均与所述主枝节相连。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述主枝节为一形槽，所述分枝节为η形槽，位于所述主枝节的上边，且最下端与所述主枝节相连接。

结合第一方面的第一至第四种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，还包括：第二中间装置，所述第二中间装置与所述第一中间装置结构相同，且关于YOZ面相对称。

结合第一方面的第一至第四种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述介质板的介电常数为1～10。

第二方面，本发明实施例提供一种移动终端，包括移动终端本体及上述第一方面的任一种多天线***，所述移动终端本体与所述多天线***相连，所述多天线***用于为所述移动终端本体收发信号。

上述实施例提供的多天线***和移动终端，通过在辐射贴片上设置L形缝隙的PIFA天线实现了双频段，且两个PIFA天线相背设置，提高了天线之间的隔离度，并且天线采用PIFA天线，使得多天线***和移动终端能够在有限的空间内尽可能地增加天线数量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a为本发明一个实施例提供的多天线***的结构示意图；

图1b为图1a的仰视图；

图1c为图1a的右视图；

图2a为本发明另一个实施例提供的多天线***的结构示意图；

图2b为图2a的仰视图；

图2c为图2a的右视图；

图3a为本发明另一个实施例提供的多天线***的结构示意图；

图3b为图3a的仰视图；

图3c为图3a的右视图；

图4a为本发明另一个实施例提供的多天线***的结构示意图；

图4b为图4a的仰视图；

图4c为图4a的右视图；

图5为图4a～图4c所示多天线***在低频段的反射系数仿真图；

图6为图4a～图4c所示多天线***在低频段的隔离度仿真图；

图7为图4a～图4c所示多天线***在高频段的反射系数仿真图；

图8为图4a～图4c所示多天线***在高频段的隔离度仿真图；

图9为天线4在2.7GHz处的方向图；

图10为天线4在3.5GHz处的方向图；

图11为天线5在2.7GHz处的方向图；

图12为天线5在3.5GHz处的方向图；

图13为天线6在2.7GHz处的方向图；

图14为天线6在3.5GHz处的方向图；

图15为本发明另一个实施例提供的移动终端的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1a为本发明一个实施例提供的多天线***的结构示意图，图1b为图1a的仰视图，图1c为图1a的右视图。本实施例中，多天线***包括：天线6和天线9。天线6和天线9均为第一种PIFA天线，且结构相同，关于YOZ面对称。

以天线6为例对本实施例中的第一种PIFA天线进行说明。

天线6包括：第一金属贴片6a、第一金属地板6d、第一馈线6c和第一金属短路枝节6b。

第一金属贴片6a的长边长度为29mm，短边长度为8.35mm；

第一金属地板6d的长边长度为50mm，短边长度为5mm；

第一金属贴片6a的长边与所述第一金属地板6d的长边平行，第一金属贴片6a的短边与所述第一金属地板6d的短边平行，第一金属贴片6a的下边缘6a1和第一金属地板6d的下边缘6d1在Y轴上的距离为13mm。

第一金属短路枝节6b的宽度为1.5mm，长度为8mm，第一金属短路枝节6b的下边缘6b1和第一金属贴片6a的下边缘6a1在Y轴上的距离为12mm。

第一馈线6c的宽度为7mm，长度为8mm，第一馈线6c的下边缘6c1与第一金属贴片6a的下边缘6a1重合。

如图1c所示，第一金属贴片6a上开设有倒L形缝隙14，使天线6实现双频带工作。

L形缝隙14的下边缘141和第一金属贴片6a的下边缘6a1在Y轴上的距离为4.025mm。

L形缝隙14放置在第一金属贴片6a的长边边缘，该L形缝隙14的整体宽度D141为5mm，整体长度L14为16.2mm，缝的宽度D142为1mm。

如图1b所示，第一金属贴片6a和第一金属地板6d平行，且通过第一馈线6c和第一金属短路枝节6b相连。

如图1a、图1b所示，天线6和天线9关于YOZ面对称，天线6上的第一金属地板6d和天线9上的第一金属地板之间的距离大于0，且小于天线6上的第一金属贴片6a和天线9上的第一金属贴片之间的距离，也就是说，天线6和天线9相背设置，提高了天线***工作频段之间的隔离度。

本实施例提供的多天线***，通过在辐射贴片上设置L形缝隙的PIFA天线实现了双频段，且两个PIFA天线相背设置，提高了天线之间的隔离度，并且天线采用PIFA天线，使得多天线***和移动终端能够在有限的空间内尽可能地增加天线数量。

图2a为本发明另一个实施例提供的多天线***的结构示意图，图2b为图2a的仰视图，图2c为图2a的右视图。

本实施例在图1a～图1c所示多天线***的基础上增加了第一中间装置。

如图2a所示，多天线***还包括第一中间装置20。

第一中间装置20包括：第二金属地板21、介质板22和天线23。

如图2a和图2b所示，第二金属地板21位于天线6的第一金属地板6d和天线9的第一金属地板之间，且与第一金属地板6d垂直。

介质板22位于天线6的第一金属地板6d和天线9的第一金属地板之间，且位于第二金属地板21的上方，与第二金属地板21平行。也就是说天线23与天线6和天线9垂直，降低了天线23与天线6和天线9之间的耦合，在增加了天线数量的同时提高了频段之间的隔离度。

天线23为第二种PIFA天线，包括：第二金属贴片231、第二金属短路枝节232和同轴馈线233。第二金属贴片231上设有U形槽234，第二金属贴片231位于介质板22上背离第二金属地板21的一面，通过第二金属短路枝节232和同轴馈线233与第二金属地板21相连。

本实施例中，介质板的介电常数为1～10。

本实施例所示的多天线***通过第一种PIFA天线与第二种PIFA天线垂直，降低了第一种PIFA天线与第二种PIFA天线之间的耦合度，在保证天线之间隔离度的同时，增加了天线数量。

图3a为本发明另一个实施例提供的多天线***的结构示意图，图3b为图3a的仰视图，图3c为图3a的右视图。

本实施例与图2a～图2c所示多天线***类似，不同之处在于，第一中间装置包括两个第二种PIFA天线。

这两个第二种PIFA天线的结构相同，尺寸可以相同，也可以不同。

如图3a所示，本实施例中，第一中间装置包括介质板3、第二金属地板1、天线4和天线5。天线4和天线5均为第二种PIFA天线，且天线4的尺寸略小于天线5。

具体地，介质板3的介电常数为4.4，长边长度为70mm，短边长度为34mm，厚度为0.9mm；第二金属地板1的长边长度为70mm，短边长度为37.5mm-47.5mm。

图3a中，天线4包括：第二金属贴片4a、第二短路枝节4c和同轴馈线4d，第二短路枝节4c和同轴馈线4d在天线4的中心线上，第二短路枝节4c的半径为0.5mm，高度为9.55mm，圆心与第二金属贴片4a的左边缘之间的距离为0.5mm-2mm。同轴馈线4d的半径为0.7mm，高度为9.55mm，中心点和第二金属贴片4a的左边缘在X轴上的距离为4.7mm。

图3a中，第二金属贴片4a的长度为11.7mm，宽度为9.8mm，第二金属贴片4a的左边缘和金属地板1的左边缘在X轴上的距离为8.3mm，第二金属贴片4a的上边缘和金属地板1的上边缘在Y轴上的距离为2.1mm，

图3a中，第二金属贴片4a上刻蚀有U形槽12，U形槽12的左边缘和第二金属贴片4a的左边缘在X轴上的距离为1.2mm，使天线4实现双频带工作。

图3a中，天线5包括：第二金属贴片5a、第二短路枝节5c和同轴馈线5d，第二短路枝节5c和同轴馈线5d在天线5的中心线上，第二短路枝节5c的半径为0.5mm，高度为9.55mm，圆心与第二金属贴片5a的左边缘之间在X轴上的距离为0.5mm-2mm。同轴馈线5d的半径为0.7mm，高度为9.55mm，中心点和第二金属贴片5a左边缘在X轴上的距离为4.7mm。

图3a中，第二金属贴片5a的长度为11.9mm，宽度为10mm，第二金属贴片5a的左边缘和金属地板1的左边缘在X轴上的距离为8.3mm，第二金属贴片5a的下边缘和金属地板1的下边缘在Y轴上的距离为2mm，U形槽12的左边缘和金属贴片5a的左边缘在X轴上的距离为0.95mm。

第二金属贴片5a上刻蚀有U形槽13，使天线5实现双频带工作。

U形槽12和U形槽13的长度为25mm-35mm，宽度为0.1mm-2mm。本实例中U形槽12长度为10.55+9.5+10.55mm，宽度为0.3mm，U形槽13长度为10mm+9.4mm+10mm，宽度为0.3mm。

天线4和天线5之间的第二金属地板1上设置有空心槽结构的隔离枝节11。

隔离枝节11包括主枝节111和三个分枝节112，三个分枝节112均与主枝节111相连。

图3a中，主枝节111为一形槽，左边缘与介质板3的左边缘重合。分枝节112为η形槽，位于主枝节111的上边，且最下端与主枝节111相连接。隔离枝节11的下边缘和第二金属地板1的下边缘在Y轴上的距离为18.5mm。主枝节111的长度为30mm，宽度为2mm；分枝节112在Y轴上的长边的长度为17mm，短边长度为10mm，在X轴上的宽度为7mm，主枝节111和分枝节112的槽宽度d为2mm。

图3a中，天线6中，第一金属地板6d的下边缘和第二金属地板1的下边缘在Y轴上的距离为4mm。天线6的右边缘与第二金属地板1的左边缘横向距离可为5mm-15mm。

本实施例所示的多天线***增加了第二种PIFA天线数量，且第二种PIFA天线之间通过设置隔离枝节，在保证天线之间的耦合度的同时，进一步增加了天线数量。

图4a为本发明另一个实施例提供的多天线***的结构示意图，图4b为图4a的仰视图，图4c为图4a的右视图。

本实施例所示的多天线***在图3a-图3c所示的多天线基础上增加了：第二中间装置和泡沫基板2。其中，第二中间装置与第一中间装置结构相同，且与第一中间装置关于XOZ面相对称，二者位于天线6和天线9之间。第二中间装置中的PIFA天线为天线7和天线8。天线4与天线7关于XOZ面对称，天线5与天线8关于XOZ面对称，天线6与天线9关于XOZ面对称。

本实例中，天线6的右边缘与第一中间装置中的第二金属地板1的左边缘横向距离为6mm。类似地，天线9的左边缘与第二中间装置中的第二金属地板1的右边缘横向距离为6mm。

第一中间装置中的第二金属地板1与第二中间装置中的第二金属地板1之间的距离可为10mm-30mm。本实施例中，第一中间装置中的第二金属地板1与第二中间装置中的第二金属地板1之间的距离为18mm。

泡沫基板2的介电常数为1.05，长度为105mm，宽度为70mm，厚度为8.65mm。

本实施例中，多天线***采用6个结构紧凑的PIFA天线，使得多天线***的占用的物理空间能够低至133mm×70mm。并且，PIFA天线的金属贴片上通过设置U形槽和L形缝隙，使得PIFA天线在保持金属贴片物理尺寸的基础上增加了新的谐振路径，使PIFA天线实现了双频特性。通过调节金属短路枝节和馈线的相对位置和尺寸，可以调节PIFA天线在双频工作状态下的阻抗和增益特性。本实施例中还通过将不同形式的PIFA天线即第一种PIFA天线和第二种PIFA天线之间设置为垂直关系，进一步降低了天线间的耦合。本实施例中，第一中间装置和第二中间装置的金属地板之间距离至少10mm，更进一步降低了天线间的耦合。

本实施例所示的多天线***能够工作在2.53-2.62GHz频段和3.45-3.6GHz频段，并且在工作频段内隔离度能够达到-20dB以下，满足了新一代移动通信***的需求。本实施例所示的多天线***还可通过改变辐射贴片、U形槽、L形槽、馈电单元，短路单元及隔离枝节的尺寸及位置，来调节天线的谐振工作频率、阻抗带宽和辐射增益，能够满足不同的应用需求。

图4a～图4c所示多天线***的S参数仿真结果如图5～图8所示。

图5中，S44为天线4的阻抗匹配特性，S55为天线5的阻抗匹配特性，S66为天线6的阻抗匹配特性，S77为天线7的阻抗匹配特性，S88为天线8的阻抗匹配特性，S99为天线9的阻抗匹配特性，可以看出，天线4～天线9在2.65GHz-2.75GHz频段内工作，工作带宽为100MHz。

图6中，S45为天线4和天线5之间的隔离度。S46为天线4和天线6之间的隔离度，S47为天线4和天线7之间的隔离度，S48为天线4和天线8之间的隔离度，S49为天线4和天线9之间的隔离度，S56为天线5和天线6之间的隔离度，S57为天线5和天线7之间的隔离度，S58为天线5和天线8之间的隔离度，S59为天线5和天线9之间的隔离度，S67为天线6和天线7之间的隔离度，S68为天线6和天线8之间的隔离度，S69为天线6和天线9之间的隔离度，S78为天线7和天线8之间的隔离度，S79为天线7和天线9之间的隔离度，S89为天线8和天线9之间的隔离度。可以看出，S45、S46、S47、S48、S49、S56、S57、S58、S59、S67、S68、S69、S78、S79和S89均小于-20dB。

图7中，S44为天线4的阻抗匹配特性，S55为天线5的阻抗匹配特性，S66为天线6的阻抗匹配特性，S77为天线7的阻抗匹配特性，S88为天线8的阻抗匹配特性，S99为天线9的阻抗匹配特性，可以看出，天线4～天线9在3.42GHz-3.59GHz频段内工作，工作带宽为170MHz。

图8中，S45为天线4和天线5之间的隔离度。S46为天线4和天线6之间的隔离度，S47为天线4和天线7之间的隔离度，S48为天线4和天线8之间的隔离度，S49为天线4和天线9之间的隔离度，S56为天线5和天线6之间的隔离度，S57为天线5和天线7之间的隔离度，S58为天线5和天线8之间的隔离度，S59为天线5和天线9之间的隔离度，S67为天线6和天线7之间的隔离度，S68为天线6和天线8之间的隔离度，S69为天线6和天线9之间的隔离度，S78为天线7和天线8之间的隔离度，S79为天线7和天线9之间的隔离度，S89为天线8和天线9之间的隔离度。可以看出，S45、S46、S47、S48、S49、S56、S57、S58、S59、S67、S68、S69、S78、S79和S89均小于-20dB。

图4a～图4c所示多天线***的辐射方向仿真结果如图9～图14所示。

图9为天线4在2.7GHz处的方向图。可以看出，在2.7GHz处，天线4的最大增益为3.17dBi。天线4和天线7的方向图关于XOZ面对称分布。

图10为天线4在3.5GHz处的方向图。可以看出，在3.5GHz处天线4的最大增益为4.13dBi。天线4和天线7的方向图关于XOZ面对称分布。

图11为天线5在2.7GHz处的方向图。可以看出，在2.7GHz处，天线5的最大增益为2.8dBi，天线5和天线8的方向图关于XOZ面对称分布。

图12为天线5在3.5GHz处的方向图。可以看出，在3.5GHz处天线5的最大增益为3.23dBi，天线5和天线8的方向图关于XOZ面对称分布。

图13为天线6在2.7GHz处的方向图。可以看出，在2.7GHz处，天线6的最大增益为3.16dBi.天线6和天线9的方向图关于XOZ面对称分布。

图14为天线6在3.5GHz处的方向图。可以看出，在3.5GHz处，天线6的最大增益为4.3dBi。天线6和天线9的方向图关于XOZ面对称分布。

图15为本发明另一个实施例提供的移动终端的结构示意图。本实施例所示的移动终端包括移动终端本体151和天线***152。其中，移动终端本体151包括处理器和存储器等移动终端的基本功能器件。天线***152可为上述实施例提供的任意一种多天线***，用于为移动终端本体151收发信号，移动终端本体151对天线***152接收的信号进行处理，并产生信号通过天线***152发射出去。

本实施例提供的移动终端通过采用上述多天线***，不仅能够使得体积更小，而且由于在比较小的空间内能够设置尽可能多的天线，使得移动终端的通信性能也进一步得到提高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种多天线***，其特征在于，包括：两个第一种平面倒F PIFA天线，所述第一种PIFA天线包括第一金属贴片、第一金属地板、第一馈线和第一金属短路枝节；

所述第一金属贴片上开设有倒L形缝隙；

所述第一金属贴片与所述第一金属地板平行，且通过所述第一馈线和第一金属短路枝节相连；

两个所述第一种PIFA天线关于YOZ面对称，两个所述第一种PIFA天线上的第一金属地板之间的距离大于0，且小于两个所述第一种PIFA天线上的第一金属贴片之间的距离；两个所述第一种PIFA天线相背设置；

还包括：第一中间装置，所述第一中间装置包括：

第二金属地板，位于两个所述第一种PIFA天线上的第一金属地板之间，且与所述第一金属地板垂直；

介质板，位于两个所述第一种PIFA天线上的第一金属地板之间，且位于所述第二金属地板的上方，与所述第二金属地板平行；

第二种PIFA天线，包括第二金属贴片、第二金属短路枝节和同轴馈线，所述第二金属贴片上设有U形槽，所述第二金属贴片位于所述介质板上背离所述第二金属地板的一面，通过所述第二金属短路枝节和同轴馈线与所述第二金属地板相连。

2.根据权利要求1所述***，其特征在于，所述第二种PIFA天线有两个，两个所述第二种PIFA天线之间设置有隔离枝节。

3.根据权利要求2所述***，其特征在于，所述隔离枝节设置在所述第二金属地板上，所述隔离枝节为空心槽结构，包括主枝节和多个分枝节，所述多个分枝节均与所述主枝节相连。

4.根据权利要求3所述***，其特征在于，所述主枝节为一形槽，所述分枝节为η形槽，位于所述主枝节的上边，且最下端与所述主枝节相连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述***，其特征在于，还包括：第二中间装置，所述第二中间装置与所述第一中间装置结构相同，且关于XOZ面相对称。

6.根据权利要求1-4任一项所述***，其特征在于，所述介质板的介电常数为1～10。

7.一种移动终端，其特征在于，包括移动终端本体及上述权利要求1-6任一项所述的多天线***，所述移动终端本体与所述多天线***相连，所述多天线***用于为所述移动终端本体收发信号。