CN112635983B - 基于辐射体复用技术的双频带八端口mimo终端天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线，包括介质基板、以及垂直于介质基板的一对介质板；在介质基板的下表面设有金属地板，在介质板上设有若干天线对单元，天线对单元包括在介质板内侧壁上的第一天线单元和外侧壁上的第二天线单元，每个天线对单元包括两个天线端口，一个天线端口为在金属地板上的第一馈电点；另一个天线端口为在第二天线单元的第二馈电点；第一天线单元通过馈线与穿过地板的同轴内芯连接第一馈电点馈电，第二天线单元通过同轴线直接馈电。该天线具有天线对单元辐射体复用、无需额外去耦结构、双频带工作和天线单元间的隔离度高的优点，适合用于5G智能终端。

Description

基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线
技术领域
本发明涉及无线通信领域中的天线设计技术，特别涉及一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线的设计。
背景技术
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)技术是一种能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，成倍的提高***信道容量的无线技术。由于MIMO技术具有能成倍地提高通信***的吞吐量、传送距离和频谱利用率的优点，因此，MIMO技术在无线通信领域中具有相当重要的地位。目前，手持终端朝着小型化，可穿戴的方向发展，使留给天线设计本来就不充足的空间变得更加紧张。同时，在MIMO天线阵列中，由于使用空间的受限，随着天线单元个数的增加，天线单元间距更加接近。过近的单元间距使得天线之间激发强烈的表面波耦合和空间感应耦合，从而恶化MIMO阵列的频带、效率等性能。因此，如何采取合理有效的去耦措施保障天线阵列的综合性能，是非常必要的，同时也是亟待研究解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线，以解决在有限空间设计出满足频带、隔离度、效率等指标要求的多单元MIMO天线阵列的问题。并且此天线具有工作在两个频段，单元天线之间隔离度高的优点，在5G终端具有很好的应用前景。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线，包括介质基板、以及垂直于介质基板的一对介质板；在介质基板的下表面设有金属地板，在介质板上设有若干天线对单元，天线对单元包括在介质板内侧壁上的第一天线单元和外侧壁上的第二天线单元，每个天线对单元包括两个天线端口，一个天线端口为在金属地板上的第一馈电点；另一个天线端口为在第二天线单元的第二馈电点；
第一天线单元通过穿过地板的同轴内芯的馈线连接第一馈电点馈电，第二天线单元通过同轴线直接馈电。
作为优选的方案，所述介质基板为矩形板，介质板分别垂直设置于介质基板的两个长边上。
作为优选的方案，位于所述介质板上的第一天线单元印制于介质板的内侧壁上，结构为T型枝节；T型枝节底部连接馈线。
作为优选的方案，所述第一馈电点设置于金属地板的孔位上，第一馈电点经同轴内芯与介质基板上表面的馈线连接。
作为优选的方案，位于所述介质板上的第二天线单元印制于介质板的外侧壁上，结构为弯折型环；第二馈电点设置于弯折型环底部。
作为优选的方案，第一天线单元和第二天线单元沿介质板内外壁分布，且两者中心线在同一轴线上。
作为优选的方案，天线对单元沿介质板呈间隔分布。
作为优选的方案，所述介质基板和介质板的材质为FR4。
作为优选的方案，所述第一天线单元的工作频带为3.3-5.0GHz，所述第二天线单元的工作频带为3.3-3.6GHz和4.4-5.0GHz；所述天线单元间的隔离度为12.5dB。
本发明的特点在于：
本发明的天线单元通过将T型枝节的单极子天线单元和弯折环天线单元进行共口径设计，在保证天线隔离度的同时实现了空间复用，减少了天线占用的体积。同时，利用T型枝节的单极子天线单元宽频带工作特性，实现了3.3-5.0GHz频带的覆盖，利用弯折环天线单元的双频工作特性，实现了3.3-3.6GHz和4.4-5.0GHz的宽频带覆盖，天线整体实现了双频工作的特点。
该天线具有天线对空间复用、无需额外去耦结构、双频带工作、天线单元间隔离度的优点。
附图说明
图1为本发明一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线的立体结构视意图；
图2为本发明一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线的介质板侧视图；
图3为本发明一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线的第一天线单元示意图；
图4为本发明一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线的第二天线单元示意图；
图5为一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线的第一天线单元和第二天线单元的S11曲线图；
图6为本发明一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线的第一、第二天线单元在3.5GHz和4.8GHz的方向图；
图7(a)、7(b)分别为本发明一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线的第一、第二天线单元的增益曲线图；
图8为本发明一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线的第一、第二天线单元的效率曲线图；
图9为本发明一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线实施例的天线单元效率曲线图。
图中：1、介质基板；2、介质板；3、印刷金属地板；4、馈线；5、第一天线单元；6、第二天线单元；7、第一馈电点；8、第二馈电点。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
如图1-4所示，为本发明的一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线的结构示意图。该天线包括一块介质基板1、两块介质板2和印刷在介质基本板和介质板表面的电路。具体的，一对介质板2垂直于介质基板1两端，在介质基板1的下表面设有金属地板3，在介质板2上设有若干天线对单元，天线对单元包括在介质板2内侧壁上的第一天线单元5和外侧壁上的第二天线单元6，每个天线对单元包括两个天线端口，一个天线端口为在介质基板1上表面印刷有四个天线单元的第一馈电点7；另一个天线端口为在第二天线单元6的第二馈电点8。印制于介质板2内侧壁上的第一天线单元5通过馈线4和穿过地板的同轴内芯连接第一馈电点7馈电，印制于介质侧板外侧壁上的第二天线单元6通过同轴线直接馈电。
其中，介质板2分别位于介质基板1的两个长边上，且介质板2的长边与介质基板1的长边相连，二者成垂直关系。位于介质板2上的第一天线单元5印制于介质板的内侧壁上，结构为T型枝节；T型枝节底部连接馈线4。第一馈电点7设置于金属地板的孔位上，第一馈电点7经同轴内芯与介质基板1上表面的馈线4连接。位于介质板2上的第二天线单元6印制于介质板2的外侧壁上，结构为弯折型环；第二馈电点8设置于弯折型环底部。第一天线单元5和第二天线单元6沿介质板2内外壁分布，且两者中心线在同一轴线上。天线单元沿介质板2呈间隔分布，可得到8x8 MIMO天线的阵列整体结构。
在一个实施例中，该结构的介质基板1和介质板2的材质为FR4，介质基板1大小为150mm*75mm，厚度为1mm；介质板2的大小为150mm*7mm，厚度为2mm。其余天线结构参数变量如表1中所示。
MIMO终端第一天线单元1的工作频带为3.3-5.0GHz，第二天线单元2的工作频带为3.3-3.6GHz和4.4-5.0GHz，天线单元间的隔离度为12.5dB。
其他结构尺寸见表1所示。
表1
结构 L<sub>1</sub> L<sub>2</sub> L<sub>3</sub> L<sub>4</sub> L<sub>5</sub> H<sub>1</sub> H<sub>2</sub> H<sub>3</sub> W<sub>1</sub> W<sub>2</sub>
尺寸(mm) 22 20 19.2 7 8.5 7 6.5 1.9 0.5 0.5
结构 W<sub>3</sub> G<sub>1</sub> G<sub>2</sub>
尺寸(mm) 0.5 30 0.5
其中：L1为第一天线单元的长度，L2为第二天线单元的长度，L3为第二天线单元的顶端长度，L4为第二天线单元的侧边弯折部分长度，L5为第一天线单元的一侧枝节长度，H1为介质板的高度，H2为第二天线单元的高度，H3为第二天线单元的底端弯折处高度，W1为第二天线单的弯折枝节的宽度，W2为第二天线单元弯折枝节的宽度，W3为第一天线单元上端枝节的宽度，G1为第一天线单元和第二天线单元的间距，G2为第二天线单元下端弯折枝节之间的间距。
本发明的天线单元通过将T型枝节的第一天线单元5和弯折环的第二天线单元6进行共口径设计，在保证天线隔离度的同时实现了空间复用，减少了天线占用的体积。同时，利用T型枝节的第二天线单元6宽频带工作特性，实现了3.3-5.0GHz频带的覆盖，利用弯折环的第二天线单元6双频工作特性，实现了3.3-3.6GHz和4.4-5.0GHz的宽频带覆盖，天线整体实现了双频工作的特点。
如图5所示，为本实施例天线单元1-2的S11参数曲线图。小型化双频8×8MIMO终端第一天线单元的工作频带为3.3-5.0GHz，第二天线单元的工作频带为3.3-3.6GHz和4.4-5.0GHz。
如图6所示，为本实施例天线隔离度，天线单元间隔离度为12.5dB。
如图7(a)、7(b)所示，分别为本实施例的第一天线单元和第二天线单元在3.5GHz和4.8GHz的方向图。
如图8所示，为本实施例的天线单元1-2增益曲线。其增益在频率带宽内在2.2-4dBi范围内变化。
如图9所示，为本实施例的天线单元1-4效率曲线。其效率在频率带宽内在73％-90％范围内变化。
以上对本发明所提供的一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线进行了详细介绍，并应用了详细的结构设计参数对本发明的原理及实施方式进行了阐述及实现。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线，其特征在于，包括介质基板(1)、以及垂直于介质基板(1)的一对介质板(2)；在介质基板(1)的下表面设有金属地板(3)，在介质板(2)上设有若干天线对单元，天线对单元包括在介质板(2)内侧壁上的第一天线单元(5)和外侧壁上的第二天线单元(6)，每个天线对单元包括两个天线端口，一个天线端口为在金属地板(3)上的第一馈电点(7)；另一个天线端口为在第二天线单元(6)的第二馈电点(8)；
位于所述介质板(2)上的第一天线单元(5)印制于介质板(2)的内侧壁上，结构为T型枝节；T型枝节底部连接馈线(4)；
位于所述介质板(2)上的第二天线单元(6)印制于介质板(2)的外侧壁上，结构为弯折型环；第二馈电点(8)设置于弯折型环底部；
第一天线单元(5)通过馈线(4)与穿过地板的同轴内芯连接第一馈电点(7)馈电，第二天线单元(6)通过同轴线直接馈电。
2.根据权利要求1所述的一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线，其特征在于，所述介质基板(1)为矩形板，介质板(2)分别垂直设置于介质基板(1)的两个长边上。
3.根据权利要求1所述的一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线，其特征在于，所述第一馈电点(7)设置于金属地板的孔位上，第一馈电点(7)经同轴内芯与介质基板(1)上表面的馈线(4)连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线，其特征在于，第一天线单元(5)和第二天线单元(6)沿介质板(2)内外壁分布，且两者中心线在同一轴线上。
5.根据权利要求1所述的一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线，其特征在于，天线对单元沿介质板(2)呈间隔分布。
6.根据权利要求1所述的一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线，其特征在于，所述介质基板(1)和介质板(2)的材质为FR4。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于辐射体复用技术的双频带八端口MIMO终端天线，其特征在于，所述第一天线单元(5)的工作频带为3.3-5.0GHz，所述第二天线单元(6)的工作频带为3.3-3.6GHz和4.4-5.0GHz；所述天线单元间的隔离度为12.5dB。
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