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CN112751196B - 紧凑型5g mimo天线模组及移动终端 - Google Patents

紧凑型5g mimo天线模组及移动终端 Download PDF

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Abstract

本发明公开了紧凑型5G MIMO天线模组及移动终端，紧凑型5G MIMO天线模组包括天线对，天线对包括第一天线单元、第二天线单元和分别与第一天线单元及第二天线单元耦合的公用辐射分支，第一天线单元包括相连的第一馈电分支和第一辐射分支，第二天线单元包括相连的第二馈电分支和第二辐射分支，第一馈电分支连接第一馈电端口，第二馈电分支连接第二馈电端口，第一馈电分支与第二馈电分支通过第一电容相连，第一辐射分支与第二辐射分支通过第二电容相连；第一馈电分支包括第一连接部，第二馈电分支包括第二连接部，第一电容连接第一连接部和第二连接部。本紧凑型5G MIMO天线模组可以在实现结构紧凑的同时保证良好的隔离度以及实现宽频。

Description

紧凑型5G MIMO天线模组及移动终端
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及紧凑型5G MIMO天线模组及移动终端。
背景技术
第五代移动通信(5G)系统开始商业化使用，多个手机品牌厂家已经陆续推出了支持5G sub6-GHz频段的手机。同第四代移动通信(4G)系统相比，5G系统的峰值速率将增长数十倍。这当中的一个关键技术是多输入多输出(MIMO)技术，即使用多个天线来提升系统的信道容量。在4G时代，MIMO技术已经被广泛运用，手机通常采用2×2天线系统，即在同一个频段使用两个天线进行收发。而在5G时代，至少要采用4×4天线系统。目前推出的5G手机，例如三星Galaxy s20、华为Mate30 pro在5G波段都采用了4×4MIMO系统。
随着对无线通信速率更高的要求，MIMO系统中天线的数量将进一步增加，这给手机天线的设计带来更多的挑战。在手机中，由于空间有限，天线间的信号容易互相干扰，导致天线的隔离度变差，进而影响系统的信道容量。
纵观全球，中国规划3.3GHz-3.6GHz和4.8GHz-5 GHz频段为5G系统的工作频段；目前欧盟将3.4GHz-3.8GHz作为5G部署的主要频段；日本将3.6GHz-4.2GHz和4.4GHz-4.9GHz作为当前5G部署的频段。因此移动通信设备要在5G sub6-GHz上实现全网通，要求天线具有宽频或者多频的特点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种隔离度好的能够实现宽频的紧凑型5GMIMO天线模组及移动终端
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：紧凑型5G MIMO天线模组，包括天线对，所述天线对包括第一天线单元、第二天线单元和分别与所述第一天线单元及第二天线单元耦合的公用辐射分支，所述第一天线单元包括相连的第一馈电分支和第一辐射分支，所述第二天线单元包括相连的第二馈电分支和第二辐射分支，所述第一馈电分支连接第一馈电端口，所述第二馈电分支连接第二馈电端口，所述第一馈电分支与第二馈电分支通过第一电容相连，所述第一辐射分支与第二辐射分支通过第二电容相连；所述第一馈电分支靠近所述第二馈电分支的一侧具有朝靠近所述第二馈电分支延伸的第一连接部，所述第二馈电分支靠近所述第一馈电分支的一侧具有朝靠近所述第一馈电分支延伸的第二连接部，所述第一电容分别连接所述第一连接部和第二连接部。
为了解决上述技术问题，本发明还采用以下技术方案：移动终端，包括PCB板和边框，还包括上述紧凑型5G MIMO天线模组，所述第一馈电分支、第二馈电分支及第一电容分别设于所述PCB板上，所述第一辐射分支、第二辐射分支、公用辐射分支及第二电容分别设于所述边框上。
本发明的有益效果在于：本紧凑型5G MIMO天线模组中，第一电容能够调整天线对的奇模模式而对偶模模式影响很小，从而增加第一、二馈电端口之间的隔离度，而第二电容能够在高频引入一个谐振，从而增加天线对的奇模带宽，也就是说，本紧凑型5G MIMO天线模组通过两个电容的设置，可以在实现结构紧凑的同时保证良好的隔离度以及实现宽频。另外，公用辐射分支的设置可起到引入谐振，增加奇模带宽的作用。
附图说明
图1为本发明实施例一的移动终端的部分结构的结构示意图；
图2为图1中细节A的放大图；
图3为本发明实施例一的紧凑型5G MIMO天线模组中的天线对的正视图；
图4为本发明实施例一的移动终端的俯视图(部分结构)；
图5为本发明实施例一的紧凑型5G MIMO天线模组中天线对的S参数性能图；
图6为本发明实施例一的紧凑型5G MIMO天线模组的S参数图；
图7为本发明实施例一的紧凑型5G MIMO天线模组的包络相关系数图；
图8为本发明实施例一的紧凑型5G MIMO天线模组中的天线对在3.5GHz的电流分布图。
标号说明：
1、PCB板；
2、边框；
3、天线对；
4、第一馈电分支；41、第一连接部；
5、第一辐射分支；51、第一延伸部；
6、第二馈电分支；61、第二连接部；
7、第二辐射分支；71、第二延伸部；
8、公用辐射分支；
9、第一电容；
10、第二电容；
11、地层；
12、第一馈电端口；
13、第二馈电端口。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、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。
请参照图1至图8，紧凑型5G MIMO天线模组，包括天线对3，所述天线对3包括第一天线单元、第二天线单元和分别与所述第一天线单元及第二天线单元耦合的公用辐射分支8，所述第一天线单元包括相连的第一馈电分支4和第一辐射分支5，所述第二天线单元包括相连的第二馈电分支6和第二辐射分支7，所述第一馈电分支4连接第一馈电端口12，所述第二馈电分支6连接第二馈电端口13，所述第一馈电分支4与第二馈电分支6通过第一电容9相连，所述第一辐射分支5与第二辐射分支7通过第二电容10相连；所述第一馈电分支4靠近所述第二馈电分支6的一侧具有朝靠近所述第二馈电分支6延伸的第一连接部41，所述第二馈电分支6靠近所述第一馈电分支4的一侧具有朝靠近所述第一馈电分支4延伸的第二连接部61，所述第一电容9分别连接所述第一连接部41和第二连接部61。
本发明的结构/工作原理简述如下：基本原理：将天线对3的奇模和偶模在史密斯图上调整得越靠近，则两者的隔离越好。本技术方案中，通过第二电容10增加天线对3的奇模带宽，通过第一电容9调整奇模相对于偶模的位置，以在宽频下实现高隔离。另外，还通过设置公用辐射分支8引入谐振，进一步增加奇模带宽。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本紧凑型5G MIMO天线模组中，第一电容9能够调整天线对3的奇模模式而对偶模模式影响很小，从而增加第一馈电端口12和第二馈电端口13之间的隔离度，而第二电容10能够在高频引入一个谐振，从而增加天线对3的奇模带宽，也就是说，本紧凑型5G MIMO天线模组通过两个电容的设置，可以在实现结构紧凑的同时保证良好的隔离度以及实现宽频。另外，公用辐射分支8的设置可起到引入谐振，增加奇模带宽的作用。
进一步的，所述第一辐射分支5与第二辐射分支7均呈一字型，所述第一辐射分支5与第二辐射分支7平齐且对称设置。
进一步的，所述第一馈电分支4与所述第二馈电分支6相对设置。
进一步的，所述公用辐射分支8呈一字型，所述公用辐射分支8位于所述第一辐射分支5远离所述第一馈电分支4的一侧且与所述第一辐射分支5平行设置。
进一步的，所述第一辐射分支5的长度小于或等于所述公用辐射分支8长度的二分之一。
进一步的，所述第一辐射分支5、第二辐射分支7及公用辐射分支8三者形成二字型结构。
进一步的，所述第一辐射分支5靠近所述第二辐射分支7的一端具有朝靠近所述第二辐射分支7延伸的第一延伸部51，所述第二辐射分支7靠近所述第一辐射分支5的一端具有朝靠近所述第一辐射分支5延伸的第二延伸部71，所述第二电容10分别连接所述第一延伸部51和第二延伸部71。
移动终端，包括PCB板1和边框2，还包括上述紧凑型5G MIMO天线模组，所述第一馈电分支4、第二馈电分支6及第一电容9分别设于所述PCB板1上，所述第一辐射分支5、第二辐射分支7、公用辐射分支8及第二电容10分别设于所述边框2上。
由上述描述可知，移动终端结构紧凑，隔离度好、频段宽，天线性能优良。
进一步的，所述天线对3的数量为四个，四个所述天线对3两两相对设置。
由上述描述可知，设计人员可以按需设置天线对3的数量及天线对3具体放置位置。
进一步的，所述PCB板1的顶面设有所述第一馈电端口12及所述第二馈电端口13，所述第一馈电分支4远离所述第一辐射分支5的一端连接所述第一馈电端口12，所述第二馈电分支6远离所述第二辐射分支7的一端连接所述第二馈电端口13；所述PCB板1的底面设有地层11。
实施例一
请参照图1至图8，本发明的实施例一为：请结合图1至图4，移动终端，包括但不限于手机、平板电脑、智能手表等。所述移动终端包括PCB板1、边框2及紧凑型5G MIMO天线模组，所述紧凑型5G MIMO天线模组包括至少一个天线对3，所述天线对3包括第一天线单元、第二天线单元和分别与所述第一天线单元及第二天线单元耦合的公用辐射分支8，所述第一天线单元包括相连的第一馈电分支4和第一辐射分支5，所述第二天线单元包括相连的第二馈电分支6和第二辐射分支7，所述第一馈电分支4连接第一馈电端口12，所述第二馈电分支6连接第二馈电端口13，所述第一馈电分支4与第二馈电分支6通过第一电容9相连，所述第一辐射分支5与第二辐射分支7通过第二电容10相连。
本实施例中，所述第一电容9的电容值和第二电容10的电容值分别为0.2pF。当然，在其他实施例中，所述第一电容9的电容值和第二电容10的电容值还可以是其他数值的，而且，两者的电容值还可以是不同的。另外，本实施例的紧凑型5G MIMO天线模组为8×8MIMO天线系统，即包含四个天线对3，四个所述天线对3两两相对设置。在其他实施例中，所述天线对3还可以是其他数量的。
如图2所示，具体的，所述第一馈电分支4、第二馈电分支6及第一电容9分别设于所述PCB板1上，所述第一辐射分支5、第二辐射分支7、公用辐射分支8及第二电容10分别设于所述边框2上。更具体的，所述PCB板1的顶面设有所述第一馈电端口12及所述第二馈电端口13，所述第一馈电分支4远离所述第一辐射分支5的一端连接所述第一馈电端口12，所述第二馈电分支6远离所述第二辐射分支7的一端连接所述第二馈电端口13；所述PCB板1的底面设有地层11，该所述地层11即为所述紧凑型5G MIMO天线模组的地。不难理解的，本实施例中，边框2与PCB板1垂直设置。
请结合图2和图4，本实施例中，所述第一馈电分支4与所述第二馈电分支6相对设置。所述第一辐射分支5、第二辐射分支7及公用辐射分支8均呈一字型，所述第一辐射分支5与第二辐射分支7平齐且对称设置，详细的，所述第一辐射分支5与所述第二辐射分支7相对于所述第一辐射分支5与所述第二辐射分支7之间的空隙的中线对称。所述公用辐射分支8位于所述第一辐射分支5远离所述第一馈电分支4的一侧且与所述第一辐射分支5平行设置。
如图3所示，所述第一辐射分支5的长度小于或等于所述公用辐射分支8长度的二分之一。具体的，所述第一辐射分支5、第二辐射分支7及公用辐射分支8三者形成二字型结构。详细的，在本实施例中，所述第一辐射分支5的长度与第二辐射分支7的长度分别为13mm，所述公用辐射分支8的长度为30mm。
请结合图2和图3，所述第一辐射分支5靠近所述第二辐射分支7的一端具有朝靠近所述第二辐射分支7延伸的第一延伸部51，所述第二辐射分支7靠近所述第一辐射分支5的一端具有朝靠近所述第一辐射分支5延伸的第二延伸部71，所述第二电容10分别连接所述第一延伸部51和第二延伸部71。
如图2所示，所述第一馈电分支4靠近所述第二馈电分支6的一侧具有朝靠近所述第二馈电分支6延伸的第一连接部41，所述第二馈电分支6靠近所述第一馈电分支4的一侧具有朝靠近所述第一馈电分支4延伸的第二连接部61，所述第一电容9分别连接所述第一连接部41和第二连接部61。换句话说，所述第一馈电分支4与第二馈电分支6整体分别呈旋转90°的T字型。可选的，如图4所示，沿PCB板1厚度方向对所述移动终端进行投影时，所述第一连接部41、第二连接部61及所述第一电容9分别位于所述地层11的投影区域内。
图5为本紧凑型5G MIMO天线模组中天线对的S参数性能图。从图5可以看到天线对在3.3GHz-5GHz的频段内，反射系数|s11|/|s22|小于-8dB，隔离度高于11dB。
图6为本紧凑型5G MIMO天线模组的S参数图，从图6中可以看出，本紧凑型5G MIMO天线模组工作在3.3GHz-5GHz工作频段上，第一天线单元与第二天线单元间的隔离度均优于10dB(由于天线模组具有对称结构，所以只给出了必要的S参数，实线为s11/s22，虚线为端口间的隔离度)。
图7为本紧凑型5G MIMO天线模组的包络相关系数(ECC)图。从图7中可以看出，该5G MIMO天线模组在3.3GHz-5GHz工作频段上ECC值均小于0.07。
为了更好地说明该天线对的两个天线端口之间具有很好隔离度的原因，图8给出了本紧凑型5G MIMO天线模组中天线对在3.5GHz的电流分布图。从图8中可以看出，从第一馈电端口12激励时，即使在第二辐射分支和第二馈电分支上存在电流，但是在靠近第二馈电端口13处的电流很弱。所以，第一天线单元与第二天线单元在距离很近的情况下，第一馈电端口12与第二馈电端口13依旧具有很好的隔离度。也就是说，本紧凑型5G MIMO天线模组中天线对结构紧凑且隔离度好。
本紧凑型5G MIMO天线模组采用自解耦天线对，使得天线结构紧凑并能够保证良好的隔离度，可同时覆盖3.3-5GHz，具有宽频的优点。
综上所述，本发明提供的紧凑型5G MIMO天线模组及移动终端，可以在实现结构紧凑的同时保证良好的隔离度以及实现宽频。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明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，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.紧凑型5G MIMO天线模组，包括天线对，其特征在于：所述天线对包括第一天线单元、第二天线单元和分别与所述第一天线单元及第二天线单元耦合的公用辐射分支，所述第一天线单元包括相连的第一馈电分支和第一辐射分支，所述第二天线单元包括相连的第二馈电分支和第二辐射分支，所述第一馈电分支连接第一馈电端口，所述第二馈电分支连接第二馈电端口，所述第一馈电分支与第二馈电分支通过第一电容相连，所述第一辐射分支与第二辐射分支通过第二电容相连；所述第一馈电分支靠近所述第二馈电分支的一侧具有朝靠近所述第二馈电分支延伸的第一连接部，所述第二馈电分支靠近所述第一馈电分支的一侧具有朝靠近所述第一馈电分支延伸的第二连接部，所述第一电容分别连接所述第一连接部和第二连接部；所述第一辐射分支与第二辐射分支均呈一字型，所述第一辐射分支与第二辐射分支平齐且对称设置；所述第一馈电分支与所述第二馈电分支相对设置；所述公用辐射分支呈一字型，所述公用辐射分支位于所述第一辐射分支远离所述第一馈电分支的一侧且与所述第一辐射分支平行设置；所述第一辐射分支的长度小于或等于所述公用辐射分支长度的二分之一；所述第一辐射分支、第二辐射分支及公用辐射分支三者形成二字型结构。
2.根据权利要求1所述的紧凑型5G MIMO天线模组，其特征在于：所述第一辐射分支靠近所述第二辐射分支的一端具有朝靠近所述第二辐射分支延伸的第一延伸部，所述第二辐射分支靠近所述第一辐射分支的一端具有朝靠近所述第一辐射分支延伸的第二延伸部，所述第二电容分别连接所述第一延伸部和第二延伸部。
3.移动终端，包括PCB板和边框，其特征在于：还包括权利要求1所述的紧凑型5G MIMO天线模组，所述第一馈电分支、第二馈电分支及第一电容分别设于所述PCB板上，所述第一辐射分支、第二辐射分支、公用辐射分支及第二电容分别设于所述边框上。
4.根据权利要求3所述的移动终端，其特征在于：所述天线对的数量为四个，四个所述天线对两两相对设置。
5.根据权利要求3所述的移动终端，其特征在于：所述PCB板的顶面设有所述第一馈电端口及所述第二馈电端口，所述第一馈电分支远离所述第一辐射分支的一端连接所述第一馈电端口，所述第二馈电分支远离所述第二辐射分支的一端连接所述第二馈电端口；所述PCB板的底面设有地层。
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