CN110534893A - 一种用于移动通信fdd和tdd频段的多天线 - Google Patents

一种用于移动通信fdd和tdd频段的多天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线，包括：金属地板，所述金属地板蚀刻有第一U形辐射缝隙和第二U形辐射缝隙；介质基板，所述介质基板上表面印刷有馈电结构，所述介质基板下表面印刷有第一微带结构、第二微带结构以及第三微带结构，所述第三微带结构包括四个相同的辐射单元；多个第一短路金属柱；多个第二短路金属柱。该天线集成了两个双频PIFA天线单元和一个宽频偶极天线单元，利用加载在PIFA天线辐射单元中U形缝来实现双频化，四个等效电偶极子天线极大的扩展天线的频带宽度。天线之间合理的布局有效的降低天线之间的耦合。该天线结构紧凑、辐射性能好、结构简单、制作方便、成本低廉。

Description

一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线
技术领域
本发明涉及天线技术的技术领域，特别涉及一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线。
背景技术
随着通信技术的快速发展，为了满足多个频段，多种用途的通讯需求，往往需要把多种不同的天线集成到一个天线***中。由于天线朝着小型化，宽频化，多频化发展，为了进一步提高多天线***的一体化设计，天线***如何在有限的空间中满足不同功能，不同频段天线以及减小天线之间的相互影响成为一大难题。
发明内容
本发明针对上述研究难题，公开了一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线，该天线集成了两个双频PIFA天线单元和一个宽频偶极天线单元，利用加载在PIFA天线辐射单元中U形缝来实现双频化，四个等效电偶极子天线极大的扩展天线的频带宽度。天线之间合理的布局有效的降低天线之间的耦合。本发明结构紧凑、辐射性能好、结构简单、制作方便、成本低廉。
本发明提供一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线，其特征在于，包括：
金属地板，所述金属地板蚀刻有第一U形辐射缝隙和第二U形辐射缝隙，所述第一U形辐射缝隙和所述第二U形辐射缝隙关于天线的中心线对称设置；
介质基板，所述介质基板上表面印刷有馈电结构，所述介质基板下表面印刷有第一微带结构、第二微带结构以及第三微带结构，所述第一微带结构和第二微带结构均为矩形且所述第一微带结构和第二微带机构关于天线的中心线对称设置，所述第三微带结构包括四个相同的辐射单元；
多个第一短路金属柱，所述第一短路金属柱设于所述金属地板和所述介质基板之间，且用于连接所述金属地板和所述第一微带结构；
多个第二短路金属柱，所述第二短路金属柱设于所述金属地板和所述介质基板之间，且用于连接所述金属地板和所述第二微带结构；
第一同轴内导体，设于所述金属地板和所述介质基板之间，且用于连接所述第一U形辐射缝隙和所述第一微带结构；
第二同轴内导体，设于所述金属地板和所述介质基板之间，且用于连接所述第二U形辐射缝隙和所述第二微带结构；
同轴外导体，设于所述金属地板和所述介质基板之间，且用于连接所述金属地板和所述馈电结构。
在一些实施方式中，第三微带结构设于天线的中心线且关于天线的中心线对称。
在一些实施方式中，馈电结构为T形。
在一些实施方式中，馈电结构包括相互垂直的第一馈电结构和第二馈电结构，所述第一馈电结构的长度T1为12.3mm，宽度T2为2.7mm，所述第二馈电结构的长度T3为10.0mm，宽度T4为2.5mm。
在一些实施方式中，第一短路金属柱为圆柱形，所述第一短路金属柱的圆周与所述第一微带结构的边缘相切；所述第二短路金属柱为圆柱形，所述第二短路金属柱的圆周与所述第二微带结构的边缘相切。
在一些实施方式中，第一短路金属柱包括四根，所述第一短路金属柱之间的间距M1为12.9mm；所述第二短路金属柱包括四根，所述第二短路金属柱之间的间距M1为12.9mm。
在一些实施方式中，第一同轴内导体为圆柱形，所述第一同轴内导体设于所述第一U形辐射缝隙的中间且与所述第一U形辐射缝隙相切；所述第二同轴内导体为圆柱形，所述第二同轴内导体设于所述第二U形辐射缝隙的中间且与所述第二U形辐射缝隙相切。
在一些实施方式中，第一微带结构的长度P1为60.0mm，宽度为P2为40.0mm；所述第二微带结构的长度P3为63.8mm，宽度为P2为40.0mm；所述第一U形辐射缝隙包括依次垂直连接的第一辐射缝隙、第二辐射缝隙以及第三辐射缝隙，所述第一辐射缝隙的长度U1为33.0mm，宽度U3为4.0mm，所述第二辐射缝隙的长度U4为21.0mm，宽度U5为6.0mm，所述第一辐射缝隙的长度U1为33.0mm，宽度U3为4.0mm；所述第二U形辐射缝隙包括依次垂直连接的第四辐射缝隙、第五辐射缝隙以及第六辐射缝隙，所述第四辐射缝隙的长度U1为33.0mm，宽度U3为4.0mm，所述第五辐射缝隙的长度U4为21.0mm，宽度U5为6.0mm，所述第六辐射缝隙的长度U1为33.0mm，宽度U3为4.0mm。
在一些实施方式中，辐射单元包括第一辐射元件和第二辐射元件，所述第一辐射元件为L形，所述第二辐射元件包括依次垂直连接的第一矩形部、第二矩形部、第三矩形部以及第四矩形部。
在一些实施方式中，第一辐射元件的宽度W2为0.8mm，所述第一矩形部的宽度W1为1.5mm，第二矩形部的长度L2为21.9mm，第三矩形部的长度L3为11.7mm。
有益效果：
1、本发明所述的双频PIFA天线通过在辐射表面开U形缝，实现天线小型化、双频化；
2、本发明所述的多频天线等效为四个电偶极子，实现天线在TDD频段的宽频带；
3、该天线的高度仅为最大工作波长的0.1倍，小于同类型的其他天线；
4、本发明所述天线工作频率覆盖FDD、TDD等7个频段；
5、本发明所属天线在最低频段可实现3.1dBi的最大实际增益，在高频段可实现10.2dBi的最大实际增益；
6、本发明所述天线可用一块介质基板集成，加工简单、质量轻、可应用于多种通信设备。
附图说明
图1为本发明一实施方式中的一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线的结构示意图；
图2为本发明一实施方式中的一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线介质基板顶层结构示意图；
图3为本发明一实施方式中的一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线介质基板低层结构示意图；
图4为本发明一实施方式中的一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线的回波损耗的仿真结果；
图5为本发明一实施方式中的一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线局部的隔离仿真结果；
图6为本发明一实施方式中的一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线的实际增益仿真结果。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图1-3所示，
一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线，包括：
金属地板8，所述金属地板蚀刻有第一U形辐射缝隙5和第二U形辐射缝隙，所述第一U形辐射缝隙5和所述第二U形辐射缝隙关于天线的中心线对称设置；
介质基板7，所述介质基板上表面印刷有馈电结构9，所述介质基板下表面印刷有第一微带结构1、第二微带结构2以及第三微带结构3，所述第一微带结构1和第二微带结构2均为矩形且所述第一微带结构1和第二微带机构2关于天线的中心线对称设置，所述第三微带结构3包括四个相同的辐射单元；
多个第一短路金属柱4，所述第一短路金属柱4设于所述金属地板8和所述介质基板7之间，且用于连接所述金属地板8和所述第一微带结构1；
多个第二短路金属柱，所述第二短路金属柱设于所述金属地板8和所述介质基板7之间，且用于连接所述金属地板8和所述第二微带结构2；
第一同轴内导体6，设于所述金属地板8和所述介质基板7之间，且用于连接所述第一U形辐射缝隙5和所述第一微带结构1；
第二同轴内导体，设于所述金属地板8和所述介质基板7之间，且用于连接所述第二U形辐射缝隙和所述第二微带结构2；
同轴外导体10，设于所述金属地板8和所述介质基板7之间，且用于连接所述金属地板8和所述馈电结构9。
其中，本实施例的多天线采用印制电路板工艺，制作尺寸为260.0mm×260.0mm×18.8mm，介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，尺寸为260.0mm×260.0mm×0.8mm的双面敷铜玻璃环氧树脂介质基板，短路金属柱的半径为0.5mm，高度为18.0mm，金属地板的尺寸为260.0mm×260.0mm。
该天线集成了两个工作于850/1800MHz和900/1950MHz的双频PIFA天线单元和一个工作于1900/2350/2600MHz的偶极天线单元。
其中，第一PIFA天线单元包括了金属地板8、介质基板7、第一短路金属柱4、第一同轴内导体6以及第一微带结构1；第二PIFA天线单元包括了金属地板8、介质基板7、第二短路金属柱、第二同轴内导体以及第二微带结构2；偶极天线单元包括了金属地板8、介质基板7、同轴外导体10、馈电结构9以及第三微带结构3。
进一步的，第三微带结构3设于天线的中心线且关于天线的中心线对称。
进一步的，馈电结构9为T形。
进一步的，馈电结构9包括相互垂直的第一馈电结构和第二馈电结构，所述第一馈电结构的长度T1为12.3mm，宽度T2为2.7mm，所述第二馈电结构的长度T3为10.0mm，宽度T4为2.5mm。
进一步的，第一短路金属柱4为圆柱形，所述第一短路金属柱4的圆周与所述第一微带结构1的边缘相切；所述第二短路金属柱为圆柱形，所述第二短路金属柱的圆周与所述第二微带结构2的边缘相切。
进一步的，第一短路金属柱4包括四根，所述第一短路金属柱4之间的间距M1为12.9mm；所述第二短路金属柱包括四根，所述第二短路金属柱之间的间距M1为12.9mm。
进一步的，第一同轴内导体6为圆柱形，所述第一同轴内导体6设于所述第一U形辐射缝隙5的中间且与所述第一U形辐射缝隙5相切；所述第二同轴内导体为圆柱形，所述第二同轴内导体设于所述第二U形辐射缝隙的中间且与所述第二U形辐射缝隙相切。
进一步的，第一微带1结构的长度P1为60.0mm，宽度为P2为40.0mm；所述第二微带结构的长度P3为63.8mm，宽度为P2为40.0mm；所述第一U形辐射缝隙5包括依次垂直连接的第一辐射缝隙、第二辐射缝隙以及第三辐射缝隙，所述第一辐射缝隙的长度U1为33.0mm，宽度U3为4.0mm，所述第二辐射缝隙的长度U4为21.0mm，宽度U5为6.0mm，所述第一辐射缝隙的长度U1为33.0mm，宽度U3为4.0mm；所述第二U形辐射缝隙包括依次垂直连接的第四辐射缝隙、第五辐射缝隙以及第六辐射缝隙，所述第四辐射缝隙的长度U1为33.0mm，宽度U3为4.0mm，所述第五辐射缝隙的长度U4为21.0mm，宽度U5为6.0mm，所述第六辐射缝隙的长度U1为33.0mm，宽度U3为4.0mm。
进一步的，辐射单元包括第一辐射元件和第二辐射元件，所述第一辐射元件为L形，所述第二辐射元件包括依次垂直连接的第一矩形部、第二矩形部、第三矩形部以及第四矩形部。
进一步的，第一辐射元件的宽度W2为0.8mm，所述第一矩形部的宽度W1为1.5mm，第二矩形部的长度L2为21.9mm，第三矩形部的长度L3为11.7mm。
将实施例进行性能测试：
其中，图4是实施例多天线***不同天线单元的回波损耗仿真结果。双频PIFA天线单元在0.825-0.876GHz和1.618-1.987GHz的范围内，反射系数小于-6dB，相对带宽分别为6.0％和20.5％；双频PIFA天线单元在0.882-0.957GHz和1.837-2.251GHz的范围内，反射系数小于-6dB，相对带宽分别为8.2％和20.3％；偶极天线单元在1.600-2.947GHz的范围内，反射系数小于-6dB，相对带宽为59.2％；可以覆盖移动通信中FDD频段和TDD等多个频段。
图5为实施例多天线***不同天线单元之间的隔离仿真结果。可以看出，三个天线单元之间的隔离均小于-15dB，隔离效果良好。
图6是实施例多天线不同天线单元分别在各自工作频段的远场实际辐射增益的仿真结果。可以看出，在800-950MHz频段，实际增益可以达到3dB，在1700～2000MHz频段，实际增益可以达到6dB，在2.3-2.6GHz频段，实际增益可以达到10dB。
本发明实施例的多天线工作原理如下：
电磁信号通过同轴馈电端口处输入，其中1、2、3端口分别为双频PIFA天线、双频PIFA天线以及偶极天线馈电，PIFA结构的使用实现了天线的小型化，PIFA天线辐射单元上的U形缝用于实现PIFA天线的双频化。两个天线接地端相对放置使其之间的相互耦合影响最小。偶极的四个辐射单元可等效为四个电偶极子，有利于扩展天线的频段宽度。
以上表述仅为本发明的优选方式，应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线，其特征在于，包括：
金属地板(8)，所述金属地板蚀刻有第一U形辐射缝隙(5)和第二U形辐射缝隙，所述第一U形辐射缝隙(5)和所述第二U形辐射缝隙关于天线的中心线对称设置；
介质基板(7)，所述介质基板上表面印刷有馈电结构(9)，所述介质基板下表面印刷有第一微带结构(1)、第二微带结构(2)以及第三微带结构(3)，所述第一微带结构(1)和第二微带结构(2)均为矩形且所述第一微带结构(1)和第二微带机构(2)关于天线的中心线对称设置，所述第三微带结构(3)包括四个相同的辐射单元；
多个第一短路金属柱(4)，所述第一短路金属柱(4)设于所述金属地板(8)和所述介质基板(7)之间，且用于连接所述金属地板(8)和所述第一微带结构(1)；
多个第二短路金属柱，所述第二短路金属柱设于所述金属地板(8)和所述介质基板(7)之间，且用于连接所述金属地板(8)和所述第二微带结构(2)；
第一同轴内导体(6)，设于所述金属地板(8)和所述介质基板(7)之间，且用于连接所述第一U形辐射缝隙(5)和所述第一微带结构(1)；
第二同轴内导体，设于所述金属地板(8)和所述介质基板(7)之间，且用于连接所述第二U形辐射缝隙和所述第二微带结构(2)；
同轴外导体(10)，设于所述金属地板(8)和所述介质基板(7)之间，且用于连接所述金属地板(8)和所述馈电结构(9)。
2.根据权利要求1所述的一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线，其特征在于，所述第三微带结构(3)设于天线的中心线且关于天线的中心线对称。
3.根据权利要求1所述的一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线，其特征在于，所述馈电结构(9)为T形。
4.根据权利要求3所述的一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线，其特征在于，所述馈电结构(9)包括相互垂直的第一馈电结构和第二馈电结构，所述第一馈电结构的长度T1为12.3mm，宽度T2为2.7mm，所述第二馈电结构的长度T3为10.0mm，宽度T4为2.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线，其特征在于，所述第一短路金属柱(4)为圆柱形，所述第一短路金属柱(4)的圆周与所述第一微带结构(1)的边缘相切；所述第二短路金属柱为圆柱形，所述第二短路金属柱的圆周与所述第二微带结构(2)的边缘相切。
6.根据权利要求5所述的一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线，其特征在于，所述第一短路金属柱(4)包括四根，所述第一短路金属柱(4)之间的间距M1为12.9mm；所述第二短路金属柱包括四根，所述第二短路金属柱之间的间距M1为12.9mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线，其特征在于，所述第一同轴内导体(6)为圆柱形，所述第一同轴内导体(6)设于所述第一U形辐射缝隙(5)的中间且与所述第一U形辐射缝隙(5)相切；所述第二同轴内导体为圆柱形，所述第二同轴内导体设于所述第二U形辐射缝隙的中间且与所述第二U形辐射缝隙相切。
8.根据权利要求1所述的一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线，其特征在于，所述第一微带(1)结构的长度P1为60.0mm，宽度为P2为40.0mm；所述第二微带结构的长度P3为63.8mm，宽度为P2为40.0mm；所述第一U形辐射缝隙(5)包括依次垂直连接的第一辐射缝隙、第二辐射缝隙以及第三辐射缝隙，所述第一辐射缝隙的长度U1为33.0mm，宽度U3为4.0mm，所述第二辐射缝隙的长度U4为21.0mm，宽度U5为6.0mm，所述第一辐射缝隙的长度U1为33.0mm，宽度U3为4.0mm；所述第二U形辐射缝隙包括依次垂直连接的第四辐射缝隙、第五辐射缝隙以及第六辐射缝隙，所述第四辐射缝隙的长度U1为33.0mm，宽度U3为4.0mm，所述第五辐射缝隙的长度U4为21.0mm，宽度U5为6.0mm，所述第六辐射缝隙的长度U1为33.0mm，宽度U3为4.0mm。
9.根据权利要求1所述的一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线，其特征在于，所述辐射单元包括第一辐射元件和第二辐射元件，所述第一辐射元件为L形，所述第二辐射元件包括依次垂直连接的第一矩形部、第二矩形部、第三矩形部以及第四矩形部。
10.根据权利要求9所述的一种用于移动通信FDD和TDD频段的多天线，其特征在于，所述第一辐射元件的宽度W2为0.8mm，所述第一矩形部的宽度W1为1.5mm，第二矩形部的长度L2为21.9mm，第三矩形部的长度L3为11.7mm。
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