CN208157615U - 一种紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构及终端设备 - Google Patents

一种紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构及终端设备 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种紧凑型5G Sub‑6MIMO天线结构及终端设备，包括接地板，还包括至少一个设于接地板的长边上的MIMO天线组，MIMO天线组包括结构相同的第一天线单元和第二天线单元，第一天线单元包括依次相连的微带传输线、天线走线和调谐网络；调谐网络包括开关、第一电感和第二电感，开关与天线走线电连接，第一电感远离开关的一端以及第二电感远离开关的一端分别与接地板的接地区电连接。通过在天线走线末端加入电感，替代天线所需的部分电长度从而缩小天线占据空间，使天线***更加紧凑；通过在天线末端加入开关切换不同电感，实现5G Sub‑6 3.3‑3.6GHz和4.8‑5GHz的全频段覆盖。

Description

一种紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构及终端设备
技术领域
本实用新型涉及通讯领域，尤其涉及一种紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构及终端设备。
背景技术
随着科技的发展，自动驾驶、VR(Visual reality，虚拟现实)、AR(Arumentedreality，增强现实)、高清视频直播、触觉互联网等众多高科技应用进入人们的生活，然而现有的4G(***移动通信***)无法满足以上应用所要求的低时延、高传输速率。为此，各国积极在5G(第五代移动通信***)投入研究并计划于2020商用。2017年11月9日，中国工信部定义5G Sub-6(低于6G)频段为3.3－3.6GHz和4.8GHz－5GHz，其中，3.3-3.4GHz频段原则上限室内使用。在5G网络中，传输速率将会是4G的20-100倍，端到端时延由4G的10ms变为1ms等。
为实现5G的高传输速率性能，多天线如6x6或8x8 MIMO(Multi-Input-Multi-Output)天线技术将被使用，通过增加发射和接收端的天线个数，能有效提升信道容量和通信质量。然而，现有技术中5G Sub-6 MIMO天线结构存在体积大、且不能实现5G Sub-6 3.3-3.6GHz和4.8-5GHz的全频段覆盖。
因此，有必要提供一种结构紧凑的且能够实现5G Sub-6 3.3-3.6GHz和4.8-5GHz的全频段覆盖的5G Sub-6 MIMO天线结构及终端设备。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构及具有该5G Sub-6 MIMO天线结构的终端设备，且该5G Sub-6 MIMO天线结构能够实现5GSub-6 3.3-3.6GHz和4.8-5GHz的全频段覆盖。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种紧凑型5G Sub-6MIMO天线结构，包括接地板，还包括至少一个设于接地板的长边上的MIMO天线组，所述MIMO天线组包括结构相同的第一天线单元和第二天线单元，第一天线单元包括依次相连的微带传输线、天线走线和调谐网络；调谐网络包括开关、第一电感和第二电感，所述开关与天线走线电连接，第一电感远离所述开关的一端以及第二电感远离所述开关的一端分别与所述接地板的接地区电连接。
进一步的，所述微带传输线远离天线走线的一端设有馈电点。
进一步的，所述天线走线呈n字型。
进一步的，所述MIMO天线组的数目为四个，所述接地板的两个长边上分别设有两个所述MIMO天线组。
进一步的，接地板一个长边上的两个MIMO天线组与接地板另一个长边上的两个MIMO天线组一一对应设置。
进一步的，同一长边上的两个MIMO天线组各自到该长边中心点的距离相等。
进一步的，接地板的长边上还设有5G毫米波相控阵天线，所述5G毫米波相控阵天线位于该长边上的两个所述MIMO天线之间。
进一步的，所述5G毫米波相控阵天线位于接地板的长边的中点。
进一步的，接地板的短边上设有4G LTE天线、WIFI天线或蓝牙天线。
为了解决上述技术问题，本实用新型还采用以下技术方案为终端设备，包括上述的紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构。
本实用新型的有益效果在于：紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构通过在天线走线末端加入电感，替代天线所需的部分电长度从而缩小天线占据空间，使天线***更加紧凑；通过在天线末端加入开关切换不同电感，实现5G Sub-6 3.3-3.6GHz和4.8-5GHz的全频段覆盖；采用Loop天线，通过将天线单元放置在不同位置，激发出Loop天线和接地板的不同模式，使相邻天线具有不同的正交辐射方向图，从而让相邻天线具有更低ECC，进而使天线***具有更高的CC。
附图说明
图1为本实用新型实施例一的紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构的结构示意图；
图2为本实用新型实施例一的紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构中的第一天线单元的结构示意图；
图3和图4分别为本实用新型实施例一的紧凑型5G Sub-6 2x2 MIMO天线S参数图；
图5和图6分别为本实用新型实施例一的紧凑型5G Sub-6 2x2 MIMO天线效率图；
图7和图8分别为本实用新型实施例一的紧凑型5G Sub-6 2x2 MIMO天线ECC图；
图9和图11分别为本实用新型实施例一的紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构中的第一天线单元的三维远场方向图；
图10和图12分别为本实用新型实施例一的紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构中的第二天线单元的三维远场方向图；
图13为本实用新型实施例二的紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构的结构示意图；
图14和图15分别为本实用新型实施例二的紧凑型5G Sub-6 8x8 MIMO天线S参数图；
图16和图17分别为本实用新型实施例二的紧凑型5G Sub-6 8x8 MIMO天线效率图；
图18为本实用新型实施例三的紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构的结构示意图。
标号说明：
1、接地板；
2、第一天线单元；
21、微带传输线；
22、天线走线；
23、调谐网络；
231、开关；
232、第一电感；
233、第二电感；
3、第二天线单元；
4、5G毫米波相控阵天线。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
名词释义
5G Sub-6 2x2 MIMO天线，“2x2”中第一个“2”代表基站发射端天线个数为2个，第二个“2”代表终端设备接收端天线个数为2个，一般假定基站发射端天线个数和终端设备接收端天线个数相同，本案中提到的6x6和8x8与此意义一样。
ECC(Envolope Correlation Coffefficient)表示包络相关系数。
CC(Channel Capacity)表示信道容量。
本实用新型最关键的构思在于：在天线末端加入电感，替代天线所需的部分电长度；在天线末端加入开关，通过切换不同电感，实现5G Sub-6 3.3-3.6GHz和4.8-5GHz的全频段覆盖。
请参照图1至图18，一种紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构，包括接地板1，还包括至少一个设于接地板1的长边上的MIMO天线组，所述MIMO天线组包括结构相同的第一天线单元2和第二天线单元3，第一天线单元2包括依次相连的微带传输线21、天线走线22和调谐网络23；调谐网络23包括开关231、第一电感232和第二电感233，所述开关231与天线走线22电连接，第一电感232远离所述开关231的一端以及第二电感233远离所述开关231的一端分别与所述接地板1的接地区电连接。
本实用新型的结构原理简述如下：以第一天线单元2为例，电信号经微带传输线21到天线走线22，此时开关231拨到第一电感232上，使得第一电感232同天线走线22连通，第一天线单元2产生一谐振，覆盖3.3-3.6GHz频段；电信号经微带传输线21到天线走线22，此时开关231拨到第二电感233上，使得第二电感233同天线走线22连通，第一天线单元2产生另一谐振，覆盖4.8-5GHz频段，通过开关231切换接入不同电感使天线谐振在不同频段，从而实现5G Sub-6 3.3-3.6GHz和4.8-5GHz的全频段覆盖。
从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构通过在天线走线末端加入电感，替代天线所需的部分电长度从而缩小天线占据空间，使天线***更加紧凑；通过在天线末端加入开关切换不同电感，实现5G Sub-6 3.3-3.6GHz和4.8-5GHz的全频段覆盖；采用Loop天线，通过将天线单元放置在不同位置，激发出Loop天线和接地板的不同模式，使相邻天线具有不同的正交辐射方向图，从而让相邻天线具有更低ECC，进而使天线***具有更高的CC。
进一步的，所述微带传输线21远离天线走线22的一端设有馈电点。
进一步的，所述天线走线22呈n字型。
进一步的，所述MIMO天线组的数目为四个，所述接地板1的两个长边上分别设有两个所述MIMO天线组。
由上述描述可知，具有四个MIMO天线组的紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构即为5GSub-6 8x8 MIMO天线结构。
进一步的，接地板1一个长边上的两个MIMO天线组与接地板1另一个长边上的两个MIMO天线组一一对应设置。
进一步的，同一长边上的两个MIMO天线组各自到该长边中心点的距离相等。
进一步的，接地板1的长边上还设有5G毫米波相控阵天线4，所述5G毫米波相控阵天线4位于该长边上的两个所述MIMO天线之间。
进一步的，所述5G毫米波相控阵天线4位于接地板1的长边的中点。
进一步的，接地板1的短边上设有4G LTE天线、WIFI天线或蓝牙天线。
由上述描述可知，紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构可与现有的4G通讯并存。
终端设备，包括上述的紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构。
由上述描述可知，终端设备包括但不限于手机、平板电脑、扫码枪等。
实施例一
请参照图1至图12，本实用新型的实施例一为：终端设备，包括紧凑型5G Sub-6MIMO天线结构，如图1和图2所示，所述紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构，包括接地板1，还包括至少一个设于接地板1的长边上的MIMO天线组，所述MIMO天线组包括结构相同的第一天线单元2和第二天线单元3，第一天线单元2包括依次相连的微带传输线21、天线走线22和调谐网络23；调谐网络23包括开关231、第一电感232和第二电感233，所述开关231与天线走线22电连接，第一电感232远离所述开关231的一端以及第二电感233远离所述开关231的一端分别与所述接地板1的接地区电连接。
所述微带传输线21远离天线走线22的一端设有馈电点。可选的，所述天线走线22呈n字型。
为让本实施中的紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构与现有技术中4G通讯天线并存，可选的，接地板1的短边上设有4G LTE天线、WIFI天线或蓝牙天线。
本实施例中天线组的数量为一个，因此，本实施例为紧凑型5G Sub-6 2x2MIMO天线结构。
图3和图4分别为本实施例紧凑型5G Sub-6 2x2 MIMO天线S参数图，从图3中可以看出，本实施例紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构在3.3-3.6GHz的S11和S22小于-6dB，隔离度S21小于-14.8dB。从图4中可以看出，本实施例紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构在4.8-5GHz的S11和S22小于-6dB，隔离度S21小于-14.8dB。
图5和图6分别为本实施例紧凑型5G Sub-6 2x2 MIMO天线效率图，从图5中可以看出，本实施例紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构在3.3-3.6GHz天线效率大于52％，从图6中可以看出，4.8-5GHz天线效率大于73％。
图7和图8分别为本实施例紧凑型5G Sub-6 2x2 MIMO天线ECC图，从图中可以看出，本实施例紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构在3.3-3.6GHz和4.8-5GHz的ECC均小于0.02，远远的好于ECC小于0.2的技术指标。
图9为本实施例紧凑型5G Sub-6 2x2 MIMO天线结构中的第一天线单元2工作在3.4GHz时的三维远场方向图。
图10为本实施例紧凑型5G Sub-6 2x2 MIMO天线结构中的第二天线单元3工作在3.4GHz时的三维远场方向图。
图11为本实施例紧凑型5G Sub-6 2x2 MIMO天线结构中的第一天线单元2工作在4.9GHz时的三维远场方向图。
图12为本实施例紧凑型5G Sub-6 2x2 MIMO天线结构中的第二天线单元3工作在4.9GHz时的三维远场方向图。
从图9和图11可以看出，第一天线单元2的最大辐射方向朝+y方向，从图10和图12可以看出，第二天线单元3的最大辐射方向朝+x方向，第一天线单元2和第二天线单元3的最大辐射方向正交，而ECC计算公式如下：
当第一天线单元2和第二天线单元3的最大辐射方向正交时，ECC的分子接近于0，从而使得第一天线单元2和第二天线单元3有非常好的ECC。第一天线单元2的最大辐射方向和第二天线单元3的最大辐射方向可实现正交的原因是：第一天线单元2和第二天线单元3的类型虽同为Loop天线，但他们放置在接地板1的不同位置，从而激发出Loop天线和接地板1的不同模式，使第一天线单元2和第二天线单元3有不同(正交)的三维远场方向图。
实施例二
请参照图13至图17，本实用新型的实施例二是在实施例的基础上提出的一种紧凑型5G Sub-6 8x8 MIMO天线结构，具体为：如图13所示，所述MIMO天线组的数目为四个，所述接地板1的两个长边上分别设有两个所述MIMO天线组。
优选的，接地板1一个长边上的两个MIMO天线组与接地板1另一个长边上的两个MIMO天线组一一对应设置。
可选的，同一长边上的两个MIMO天线组各自到该长边中心点的距离相等。
图14和图15分别为本实施例紧凑型5G Sub-6 8x8 MIMO天线S参数图，从图14中可以看出，本实施例紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构在3.3-3.6GHz的S11和S22小于-5.7dB，隔离度S21小于-14.1dB。从图15中可以看出，本实施例紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构在4.8-5GHz的S11和S22小于-5.7dB，隔离度S21小于-14.1dB。
图16和图17分别为本实施例紧凑型5G Sub-6 8x8 MIMO天线效率图，从图16中可以看出，本实施例紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构在3.3-3.6GHz天线效率大于44％，从图6中可以看出，4.8-5GHz天线效率大于64％。
实施例三
请参照图18，本实用新型的实施例三是在实施例二的基础上做出的进一步改进，与实施例二的不同之处在于：本实施例中，紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构包括5G毫米波相控阵天线4，具体的，接地板1的长边上还设有5G毫米波相控阵天线4，所述5G毫米波相控阵天线4位于该长边上的两个所述MIMO天线之间。
进一步的，所述5G毫米波相控阵天线4位于接地板1的长边的中点。
综上所述，本实用新型提供的紧凑型5G Sub-6 MIMO天线结构及终端设备通过在天线走线末端加入电感，替代天线所需的部分电长度从而缩小天线占据空间，使天线***更加紧凑；通过在天线末端加入开关切换不同电感，实现5G Sub-6 3.3-3.6GHz和4.8-5GHz的全频段覆盖；采用Loop天线，通过将天线单元放置在不同位置，激发出Loop天线和接地板的不同模式，使相邻天线具有不同的正交辐射方向图，从而让相邻天线具有更低ECC，进而使天线***具有更高的CC。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种紧凑型5G Sub-6MIMO天线结构，包括接地板，其特征在于：还包括至少一个设于接地板的长边上的MIMO天线组，所述MIMO天线组包括结构相同的第一天线单元和第二天线单元，第一天线单元包括依次相连的微带传输线、天线走线和调谐网络；调谐网络包括开关、第一电感和第二电感，所述开关与天线走线电连接，第一电感远离所述开关的一端以及第二电感远离所述开关的一端分别与所述接地板的接地区电连接。
2.根据权利要求1所述的紧凑型5G Sub-6MIMO天线结构，其特征在于：所述微带传输线远离天线走线的一端设有馈电点。
3.根据权利要求1所述的紧凑型5G Sub-6MIMO天线结构，其特征在于：所述天线走线呈n字型。
4.根据权利要求1所述的紧凑型5G Sub-6MIMO天线结构，其特征在于：所述MIMO天线组的数目为四个，所述接地板的两个长边上分别设有两个所述MIMO天线组。
5.根据权利要求4所述的紧凑型5G Sub-6MIMO天线结构，其特征在于：接地板一个长边上的两个MIMO天线组与接地板另一个长边上的两个MIMO天线组一一对应设置。
6.根据权利要求5所述的紧凑型5G Sub-6MIMO天线结构，其特征在于：同一长边上的两个MIMO天线组各自到该长边中心点的距离相等。
7.根据权利要求6所述的紧凑型5G Sub-6MIMO天线结构，其特征在于：接地板的长边上还设有5G毫米波相控阵天线，所述5G毫米波相控阵天线位于该长边上的两个所述MIMO天线之间。
8.根据权利要求7所述的紧凑型5G Sub-6MIMO天线结构，其特征在于：所述5G毫米波相控阵天线位于接地板的长边的中点。
9.根据权利要求1所述的紧凑型5G Sub-6MIMO天线结构，其特征在于：接地板的短边上设有4G LTE天线、WIFI天线或蓝牙天线。
10.终端设备，其特征在于：包括权利要求1-9中任意一项所述的紧凑型5G Sub-6MIMO天线结构。
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