CN113964511B - 一种零净空5g超宽带mimo天线 - Google Patents

一种零净空5g超宽带mimo天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种零净空5G超宽带MIMO天线，包括主介质基板、侧面介质基板和多个天线单元；所述侧面介质基板设置在所述主介质基板的两侧；多个所述天线单元设置在所述侧面介质基板上；所述天线单元包括馈电单元和接地辐射单元；所述馈电单元设置在所述侧面介质基板的内侧，所述接地辐射单元设置在所述侧面介质基板的外侧。本发明在馈电单元和接地辐射单元共同的作用下，使得天线结构形成双谐振，可有效的覆盖第五代移动通信中划分的N77、N78、N79和5GWLAN频段，且天线效率和天线间的隔离度、包络相关系数能够很好的满足要求；本发明具有结构简单、零净空和高度较低的特点，能够较好的满足当前全面屏移动终端的设计需求。

Description

一种零净空5G超宽带MIMO天线
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种零净空5G超宽带MIMO天线。
背景技术
近些年来，随着无线通信技术的迅速发展，以及高传输率需求的不断增加，第五代(5G)移动通信正逐渐进入我们的视线。由于能够获得更高的信道容量，多输入多输出(MIMO)天线阵列在5G移动终端应用中具有广阔的前景。此外，具有多天线的MIMO天线结构可以很好的解决多径衰落问题并提升数据吞吐量
目前，全球各地区的5G频谱也已基本完成。在2015年的世界无线电大会上，许多地区确定并部署了5G频谱。我国工业和信息化部宣布将3.3-3.4GHz、3.4-3.6GHz和4.8-5.0GHz规划为5G***的工作频段；欧盟则是优先开发3.4-3.8GHz频段；其他地区和国家也在规划和开发相应的5G频段。日本计划将4.4GHz-4.9GHz作为5G低频使用频段。所以，如何设计能够覆盖上述多频段的MIMO天线结构，是目前5G天线***所面临的主要困难。此外，在手持设备日渐趋于更薄、更窄边框(全面屏)的大环境下，设计满足天线效率和天线之间隔离度的多天线的MIMO天线结构变得更加复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种零净空5G超宽带MIMO天线，在保证移动终端设备全面屏的基础上，能够有效覆盖第五代移动通信中划分的N77、N78、N79和5GWLAN频段，且满足天线的各种性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种零净空5G超宽带MIMO天线，包括主介质基板、侧面介质基板和多个天线单元；
所述侧面介质基板设置在所述主介质基板的两侧；多个所述天线单元设置在所述侧面介质基板上；所述天线单元包括馈电单元和接地辐射单元；所述馈电单元设置在所述侧面介质基板的内侧，所述接地辐射单元设置在所述侧面介质基板的外侧。
可选地，多个所述天线单元的间隔不同。
可选地，所述馈电单元为倒U形，所述接地辐射单元为中间镂空的L形。
可选地，所述馈电单元，与所述主介质基板上的馈电线相连接，包括第一竖直分支、第二竖直分支和水平分支；所述第一竖直分支的顶端与所述水平分支的一端连接，所述第一竖直分支的底端与所述馈电线连接；所述第二竖直分支的顶端与所述水平分支的另一端连接，第二竖直分支的底端与所述主介质基板之间设置有间距。
可选地，所述接地辐射单元包括第一竖直辐射体、第二竖直辐射体、第三竖直辐射体、第一水平辐射体和第二水平辐射体；所述第一竖直辐射体的顶端与所述第一水平辐射体的一端连接，所述第一竖直辐射体的底端与所述第二水平辐射体的一端连接；所述第二竖直辐射体的顶端与所述第一水平辐射体的另一端连接，所述第三竖直辐射体的顶端与所述第二水平辐射体的另一端连接，所述第二竖直辐射体的底端以及所述第三竖直辐射体的底端与所述主介质基板上的接地点相连。
可选地，所述天线单元的数目为2个以上的偶数个，所述天线单元对称设置在所述侧面介质基板上。
可选地，所述主介质基板和所述侧面介质基板均采用FR4材料。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的零净空5G超宽带MIMO天线中的天线单元内部通过耦合馈电，馈电单元和接地辐射单元互不重叠的排布放置的方式，借助地板电流，有效拓宽了天线单元的带宽。本发明在馈电单元和接地辐射单元共同的作用下，使得天线结构形成双谐振，可有效的覆盖第五代移动通信中划分的N77、N78、N79和5GWLAN频段，且天线效率和天线间的隔离度、包络相关系数能够很好的满足要求；本发明具有结构简单、零净空和高度较低的特点，能够较好的满足当前全面屏移动终端的设计需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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1为本发明实施例零净空5G超宽带MIMO天线的整体结构图示意图；
图2为本发明实施例零净空5G超宽带MIMO天线的正视图；
图3为本发明实施例天线单元的结构示意图；
图4为本发明实施例零净空5G超宽带MIMO天线结构的回波损耗随频率变化的曲线图；
图5为本发明实施例零净空5G超宽带MIMO天线结构的反射系数随频率变化的曲线图；
图6为本发明实施例零净空5G超宽带MIMO天线结构的总效率随频率变化的曲线图；
图7为本发明实施例零净空5G超宽带MIMO天线结构的包络相关系数随频率变化的曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种零净空5G超宽带MIMO天线，在保证移动终端设备全面屏的基础上，能够有效覆盖第五代移动通信中划分的N77、N78、N79和5GWLAN频段，且满足天线的各种性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如1-2所示，本发明提供的零净空5G超宽带MIMO天线，包括水平放置的主介质基板9和垂直于主介质基板9的两个侧面介质基板10以及间隔不同的天线单元1-8。
所述两个侧面介质基板10位于主介质基板9的长边两侧，天线单元主要设置在所述两侧面介质基板10上。所述天线单元是由倒U形馈电单元11和中间镂空的L形接地辐射单元12组成。馈电单元11放置在侧面介质基板10的内侧，接地辐射单元12放置在侧面介质基板10的外侧。在本发明中，侧面介质基板10的内侧指的是靠近并垂直于主介质基板9的面，外侧则是侧面介质基板10的另一面。
馈电单元11设置于接地辐射单元12的左侧或右侧，且馈电单元11所在的平面与接地辐射单元12所在的平面相平行，两个单元无重叠部分。
天线单元的数目为二以上的偶数，且二以上的偶数个天线组件对称分布在所述主介质基板的相对两侧，所述偶数个天线单元在所述侧面介质基板上对称分布。
本发明在馈电单元和接地辐射单元共同的作用下，使得天线结构形成双谐振，可有效的覆盖第五代移动通信中划分的N77、N78、N79和5GWLAN频段，且天线效率和天线间的隔离度、包络相关系数能够很好的满足要求；本发明具有结构简单、零净空和高度较低的特点，能够较好的满足当前全面屏移动终端的设计需求。
作为一个具体的实施例，主介质基板9的尺寸为150mmX75mmX0.8mm，侧面介质基板10的尺寸为150mmX0.8mmX7mm，主介质基板9和侧面介质基板10均采用FR4材料。
如图3所示，作为一个具体的实施例，馈电单元11包括第一竖直分支111、水平分支112和第二竖直分支113，通过耦合馈电的放置扩宽天线单元的工作带宽。所述第一竖直分支111的顶端连接于所述水平分支112的端部，第一竖直分支111底端与主介质基板上的馈电线(五十欧姆微带线)相连接；所述第二竖直分支113的顶端连接于所述水平分支112的另一端部，第二竖直分支113的底端于介质基板之间设置有间距。其中主要靠第二竖直分支113对接地辐射单元12进行耦合馈电，并有效增加了馈电单元的电长度，扩宽了带宽。
接地辐射单元12包括第一竖直辐射体121、第一水平辐射体122、第二竖直辐射体123、第三竖直辐射体124和第二水平辐射体125。所述第一竖直辐射体121的顶端连接于所述第一水平辐射体122的端部，第一竖直辐射体121的底端连接于所述第二水平辐射体125；所述第二竖直辐射体123顶端连接于所述第一水平辐射体122的另一端部，所述第三竖直辐射体124顶端连接于所述第二水平辐射体125的另一端部；第一竖直辐射体121、第三竖直辐射体124和第二水平辐射体125的折叠放置，能够有效的减小天线在水平方向的尺寸。第二、第三竖直辐射体123、124的底端与介质基板上的接地点相连，能够有效的利用地板电流，在不增加天线单元尺寸的同时，能够增加天线的电长度，有效拓宽了天线的低频宽带。
具体地，所述第一竖直分支111的长为5.5-6.5mm，宽为0.5-1.5mm；所述水平分支121长为2-4mm，宽为0.1-1mm；所述第二竖直分支111的长为1-3mm,宽为0.1-1mm。所述第一竖直辐射体121长为3-5mm，宽为0.1-1.5mm；所述第一水平辐射体122长为13-15mm，宽为0.1-1.5mm；所述第二竖直辐射体123长为6-8mm，宽为0.1-1.5mm；所述第二竖直辐射体124长为3-5mm，宽为0.1-1.5mm；所述第二水平辐射体125长为4-6mm，宽为0.1-1.5mm。
图4为本发明实施例零净空5G超宽带MIMO天线结构的回波损耗随频率变化的曲线图，其中，坐标的横轴为频率，纵轴为回波损耗；图5为本发明实施例零净空5G超宽带MIMO天线结构的反射系数随频率变化的曲线图，其中，坐标的横轴为频率，纵轴为反射系数；从图4、图5中的S参数可以看出，在回波损耗优于6dB以及天线单元间的隔离度高于10dB的前提下，宽带MIMO天线结构能够覆盖3.2GHz-6.4GHz频段，也就是说，本发明提出的天线单元1-8能够覆盖第五代移动通信中划分的N77、N78、N79和5GWLAN频段。
图6为本发明实施例零净空5G超宽带MIMO天线结构的总效率随频率变化的曲线图，可以看到在工作频段即3.2GHz-6.4GHz频段内，天线单元1-8的总效率满足移动终端天线总效率大于40％的要求，天线的辐射性能良好。
图7为本发明实施例零净空5G超宽带MIMO天线结构的包络相关系数随频率变化的曲线图，可以看到，上述超宽带5GMIMO天线单元间的包络相关系数在工作频段都小于0.3，满足移动终端设备小于0.5的要求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种零净空5G超宽带MIMO天线，其特征在于，包括主介质基板、侧面介质基板和多个天线单元；
所述侧面介质基板设置在所述主介质基板的两侧；多个所述天线单元设置在所述侧面介质基板上；所述天线单元包括馈电单元和接地辐射单元；所述馈电单元设置在所述侧面介质基板的内侧，所述接地辐射单元设置在所述侧面介质基板的外侧；
所述馈电单元，与所述主介质基板上的馈电线相连接，包括第一竖直分支、第二竖直分支和水平分支；所述第一竖直分支的顶端与所述水平分支的一端连接，所述第一竖直分支的底端与所述馈电线连接；所述第二竖直分支的顶端与所述水平分支的另一端连接，第二竖直分支的底端与所述主介质基板之间设置有间距；
所述接地辐射单元包括第一竖直辐射体、第二竖直辐射体、第三竖直辐射体、第一水平辐射体和第二水平辐射体；所述第一竖直辐射体的顶端与所述第一水平辐射体的一端连接，所述第一竖直辐射体的底端与所述第二水平辐射体的一端连接；所述第二竖直辐射体的顶端与所述第一水平辐射体的另一端连接，所述第三竖直辐射体的顶端与所述第二水平辐射体的另一端连接，所述第二竖直辐射体的底端以及所述第三竖直辐射体的底端与所述主介质基板上的接地点相连。
2.根据权利要求1所述的零净空5G超宽带MIMO天线，其特征在于，多个所述天线单元的间隔不同。
3.根据权利要求1所述的零净空5G超宽带MIMO天线，其特征在于，所述馈电单元为倒U形，所述接地辐射单元为中间镂空的L形。
4.根据权利要求1所述的零净空5G超宽带MIMO天线，其特征在于，所述天线单元的数目为2个以上的偶数个，所述天线单元对称设置在所述侧面介质基板上。
5.根据权利要求1所述的零净空5G超宽带MIMO天线，其特征在于，所述主介质基板和所述侧面介质基板均采用FR4材料。
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