耦合馈电宽带mimo天线组件及移动终端

文档序号:1863948 发布日期:2021-11-19 浏览:19次 >En<

阅读说明:本技术 耦合馈电宽带mimo天线组件及移动终端 (Coupling feed broadband MIMO antenna assembly and mobile terminal ) 是由 马磊 于 2021-08-26 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种耦合馈电宽带MIMO天线组件及移动终端,包括呈矩形的金属地板和围绕所述金属地板边缘设置的介质边框;所述介质边框的每个长边处均设置有2个MIMO天线单元;所述MIMO天线单元包括馈电贴片和耦合带条,所述馈电贴片和所述耦合带条分位于所述介质边框相对的两面。通过在介质边框上设置4MIMO天线单元,使得天线组件在Sub-6G频段范围内有较好的辐射性能;此外,通过将MIMO天线单元中的馈电贴片和耦合带条分设于介质边框相对的两个面,使得两者之间产生较好的耦合,从而拓宽了天线的带宽。解决了如何实现Sub-6G MIMO天线在有限的结构尺寸下的宽频带辐射的问题。(The invention provides a coupling feed broadband MIMO antenna assembly and a mobile terminal, which comprise a rectangular metal floor and a medium frame arranged around the edge of the metal floor; each long edge of the medium frame is provided with 2 MIMO antenna units; the MIMO antenna unit comprises a feed patch and a coupling strip, and the feed patch and the coupling strip are respectively positioned on two opposite sides of the dielectric frame. 4MIMO antenna units are arranged on the medium frame, so that the antenna assembly has better radiation performance within the Sub-6G frequency range; in addition, the feeding patch and the coupling strip in the MIMO antenna unit are respectively arranged on two opposite surfaces of the dielectric frame, so that good coupling is generated between the feeding patch and the coupling strip, and the bandwidth of the antenna is widened. The problem of how to realize broadband radiation of the Sub-6G MIMO antenna under the limited structural size is solved.)

耦合馈电宽带MIMO天线组件及移动终端

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域,特别涉及一种耦合馈电宽带MIMO天线组件及移动终端。

背景技术

目前,为了提高移动终端的无线通信水平,通常会将天线设计为MIMO形式。MIMO,指两个或两个以上的同频天线同时工作。通常来讲,MIMO天线的多个同频天线具有同样的天线结构,如此产生的同频效率具有倍增的效果,从而提升了天线的收发性能。

当前,随着5G通信技术的发展,着重研究Sub-6GHz天线,3GPP定义了两个5GNR使用的FR(频率范围),其中FR1包括了部分2/3/4G使用的频段,也新增加了一部分频段,新增频段的定义频率范围区间为450~6000MHz,由于无线频谱都在6G之下,因此新增频段通常被称为Sub-6G。

目前,Sub-6GHz天线通常采用MIMO天线的形式进行设计,其设计的关键在于如何在有限的结构尺寸下实现宽频带辐射,而目前,常用的MIMO天线结构至少需要4个MIMO天线单元,还需要阵列排布,不仅占用较大的空间,还使得天线单元间的隔离度较差,此外,现有的MIMO天线结构其带宽较窄,无法满足Sub-6G的通信宽频带辐射要求,因此,还没有较好的方案实现Sub-6GMIMO天线在有限的结构尺寸下实现宽频带辐射。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耦合馈电宽带MIMO天线组件及移动终端,以解决如何实现Sub-6G MIMO天线在有限的结构尺寸下的宽频带辐射的问题。

为解决上述技术问题,本发明提供一种耦合馈电宽带MIMO天线组件,包括呈矩形的金属地板和围绕所述金属地板边缘设置的介质边框;所述介质边框的每个长边处均设置有2个MIMO天线单元;所述MIMO天线单元包括馈电贴片和耦合带条,所述馈电贴片和所述耦合带条分位于所述介质边框相对的两面。

可选的,在所述的耦合馈电宽带MIMO天线组件中,所述介质边框的介电常数为2.2,所述介质边框的厚度为1.52±0.05mm。

可选的,在所述的耦合馈电宽带MIMO天线组件中,同一长边上的所述MIMO天线单元相互之间的距离为50±5mm,且其中一MIMO天线单元距所述介质边框的一端点的距离为50±5mm;两条长边上的MIMO天线单元沿所述金属地板的长度方向的中轴线对称。

可选的,在所述的耦合馈电宽带MIMO天线组件中,所述馈电贴片呈矩形,且所述馈电贴片引出有馈电枝节,所述馈电枝节的末端设置有馈电点;所述耦合带条呈不规则的环形且具有开口;所述馈电点在所述耦合带条所在平面的垂直投影位于所述开口处。

可选的,在所述的耦合馈电宽带MIMO天线组件中,所述馈电贴片位于所述介质边框的内侧。

可选的,在所述的耦合馈电宽带MIMO天线组件中,所述耦合带条的走线宽度为0.2±0.05mm。

可选的,在所述的耦合馈电宽带MIMO天线组件中,所述耦合带条包括顺次首尾相接的第一带条、第二带条、第三带条和第四带条,所述第一带条和所述第四带条之间设置有所述开口;所述第一带条呈一字型;所述第二带条包括两个对称设置且端部相连的呈S型的子带条;所述第三带条呈几字形;所述第四带条呈L型。

可选的,在所述的耦合馈电宽带MIMO天线组件中,所述馈电贴片在所述耦合带条所在平面的垂直投影位于所述耦合带条所包围的区域内,且与所述第三带条部分重合。

可选的,在所述的耦合馈电宽带MIMO天线组件中,所述馈电贴片的长度为3±0.5mm,宽度为3±0.5mm;所述耦合带条的整体长度为7±0.5mm,宽度为6.5±0.5mm。

为解决上述技术问题,本发明还提供一种移动终端,包括如上任一项所述的耦合馈电宽带MIMO天线组件。

本发明提供的耦合馈电宽带MIMO天线组件及移动终端,包括呈矩形的金属地板和围绕所述金属地板边缘设置的介质边框;所述介质边框的每个长边处均设置有2个MIMO天线单元;所述MIMO天线单元包括馈电贴片和耦合带条,所述馈电贴片和所述耦合带条分位于所述介质边框相对的两面。通过在介质边框上设置4MIMO天线单元,使得天线组件在Sub-6G频段范围内有较好的辐射性能;此外,通过将MIMO天线单元中的馈电贴片和耦合带条分设于介质边框相对的两个面,使得两者之间产生较好的耦合,从而拓宽了天线的带宽。解决了如何实现Sub-6G MIMO天线在有限的结构尺寸下的宽频带辐射的问题。

附图说明

图1为本实施例提供的耦合馈电宽带MIMO天线组件的结构示意图;

图2为本实施例提供的参考结构1的MIMO天线单元的结构示意图;

图3为本实施例提供的参考结构2的MIMO天线单元的结构示意图;

图4为本实施例提供的MIMO天线单元的结构示意图;

图5为本实施例提供的MIMO天线单元的等效电路图;

图6为本实施例提供的MIMO天线单元的尺寸示意图;

图7为本实施例提供的耦合馈电宽带MIMO天线组件的S参数仿真结果图;

其中,各附图标记说明如下:

100-金属地板;200-介质边框;300-MIMO天线单元;310-馈电贴片;311-馈电点;320-耦合带条;321-第一带条;322-第二带条;323-第三带条;324-第四带条。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的耦合馈电宽带MIMO天线组件及移动终端作进一步详细说明。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外,附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的,各附图需要展示的侧重点不同,有时会采用不同的比例。

需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及附图说明中的“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,以便描述本发明的实施例,而不用于描述特定的顺序或先后次序,应该理解这样使用的结构在适当情况下可以互换。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实施例提供一种耦合馈电宽带MIMO天线组件,如图1至图4所示,包括呈矩形的金属地板100和围绕所述金属地板100边缘设置的介质边框200;所述介质边框200的每个长边处均设置有2个MIMO天线单元300;所述MIMO天线单元300包括馈电贴片310和耦合带条320,所述馈电贴片310和所述耦合带条320分位于所述介质边框200相对的两面。

本实施例提供的耦合馈电宽带MIMO天线组件,通过在介质边框上设置4MIMO天线单元,使得天线组件在Sub-6G频段范围内有较好的辐射性能;此外,通过将MIMO天线单元中的馈电贴片和耦合带条分设于介质边框相对的两个面,使得两者之间产生较好的耦合,从而拓宽了天线的带宽。解决了如何实现Sub-6G MIMO天线在有限的结构尺寸下的宽频带辐射的问题。

较佳的,在本实施例中,所述介质边框200的介电常数为2.2,所述介质边框200的厚度为1.52±0.05mm。以及,同一长边上的所述MIMO天线单元300相互之间的距离为50±5mm,且其中一MIMO天线单元300距所述介质边框200的一端点的距离为50±5mm;两条长边上的MIMO天线单元300沿所述金属地板100的长度方向的中轴线对称。

将MIMO天线单元300对称设置于介质边框200上,能够最大限度提高MIMO天线单元300相互之间的空间隔离度和端口隔离度。若将MIMO天线单元300之间的距离限定在50±5mm之内,能够保证MIMO天线单元300之间的隔离度在20dB以上。

进一步的,在本实施例中,所述馈电贴片310呈矩形,且所述馈电贴片310引出有馈电枝节,所述馈电枝节的末端设置有馈电点311;所述耦合带条320呈不规则的环形且具有开口;所述馈电点311在所述耦合带条320所在平面的垂直投影位于所述开口处。

较佳的,在本实施例中,所述馈电贴片310位于所述介质边框200的内侧,即位于介质边框200围绕形成的空间的内部,以使介质边框200的两条长边上的馈电贴片310相对设置。如此,便于主板对馈电点311的馈电。

在本实施例中,所述耦合带条320的走线宽度为0.2±0.05mm。

具体的,在本实施例中,提供了三种耦合带条320的走线形式,如图2至图4所示。

图2所示为耦合带条320的参考结构1,其中包括按顺时针方向顺次连接的第一带条,第二带条和第三带条;所述第一带条和所述第三带条呈L型,且两者之间存在开口;所述第二带条呈几字形。所述馈电贴片310在所述耦合带条320所在平面的垂直投影位于所述耦合带条320所包围的区域内,且与所述第二带条部分重合,具体的,与几字形的顶端部分重合。

通过增加几字形的第二带条,使得耦合带条320与馈电贴片310之间的耦合效率得到了提升,具体的,在3.3GHz能够产生一个谐振模式。

图3所示为耦合带条320的参考结构2,其中包括按顺时针方向顺次连接的第一带条,第二带条和第三带条;所述第一带条与所述第三带条之间存在开口;所述第一带条呈一字型;所述第二带条包括两个对称设置且端部相连的呈S型的子带条;所述第三带条呈C字形。所述馈电贴片310在所述耦合带条320所在平面的垂直投影位于所述耦合带条320所包围的区域内。

通过增加第二带条,使得耦合带条320与馈电贴片310之间的耦合效率得到了提升,具体的,在3.8GHz能够产生一个谐振模式。

图4所示,为结合了参考结构1(图2所示)和参考结构2(图3所示)所得的耦合带条320结构。所述耦合带条320包括顺次首尾相接的第一带条321、第二带条322、第三带条323和第四带条324,所述第一带条321和所述第四带条324之间设置有所述开口;所述第一带条321呈一字型;所述第二带条322包括两个对称设置且端部相连的呈S型的子带条;所述第三带条323呈几字形;所述第四带条324呈L型。所述馈电贴片310在所述耦合带条320所在平面的垂直投影位于所述耦合带条320所包围的区域内,且与所述第三带条323部分重合。

如此,使得耦合带条320与馈电贴片310之间的耦合效率得到了提升,具体的,在3.2~4.2GHz带宽范围内其S11参数均小于-10dB,实现了宽带宽的设计。

较佳的,在图2、图3和图4所示的MIMO天线单元中,其MIMO天线单元的走线整体呈矩形,每一带条与相邻带条之间的夹角为90°,以及,耦合带条320的走线宽度约为0.2mm。在耦合带条320所包围形成的矩形环内,设置有矩形的馈电贴片310,馈电贴片310与耦合带条320分别位于介质边框200的两侧,以实现耦合带条320的耦合馈电。

相较于图2和图3所示的MIMO天线单元,图4所示的MIMO天线单元为一较佳的天线单元走线。图4所示的MIMO天线单元包含了图2和图3所示的MIMO天线单元的部分折线状走线,从而能够在有效提高天线耦合效率的同时提高天线的带宽。

请参见图5,为图4所示的MIMO天线单元结构所对应的等效电路图。由于耦合带条320存在第二带条322和第三带条323,从而能够等效出两组LC并联的参数。具体的参数此处不做介绍,其会依据实际尺寸发生变化。从等效电路图中可以看出,本实施例提供的MIMO天线单元能够较普通MIMO天线产生更多的调谐模式,从而有利于带宽的拓宽。

需要说明的是,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,此外,各个实施例之间不同的部分也可互相组合使用,本发明对此不作限定。

本实施例还提供一种移动终端,包括本实施例所述的耦合馈电宽带MIMO天线组件。移动终端包括但不限于手机、笔记本电脑、平板电脑等。

在实际应用中,可以在移动终端的介质边框的每条长边上设置两个MIMO天线单元,从而构成4MIMO天线组件。较佳的,两条长边上的MIMO天线单元对称设置,从而提升天线组件整体的辐射性能。

以及,MIMO天线单元的馈电贴片靠近介质边框的内部设置,其尾部的馈电点与移动终端的主板的对应位置相连。为实现各MIMO天线单元的同步馈电,可以使各MIMO天线单元的馈电点连接至主板的同一馈电弹片处,即,主板仅设计一个馈电射频电路。具体的,可以通过多根同轴线缆分别将馈电点与主板的馈电弹片相焊接。

这种方式适用于移动终端内部空间较小的情况。对于类似笔记本等内部空间较大的情况下,可以对每一MIMO天线单元设计对应的馈电射频电路,从而能够省去同轴线缆的连接,可以直接将馈电点与馈电弹片直接接触。由于减少了同轴线缆的连接,不仅能够减少电流在同轴线缆上的损耗从而提高天线的辐射性能,还能够降低移动终端内的组装复杂度,从而使得组装效率更高、组装后产品稳定性更好。

当然,在馈电射频电路的设计上,还可以增强例如LC电路等其他匹配电路,从而对MIMO天线单元进行更好的调谐,从而使之适应不同的移动终端。

除了本实施例中上述的MIMO天线单元的排布外,具体的排布方式可以依据实际的情况进行调谐,从而构成其他形式的4MIMO天线组件或8MIMO天线组件。需要说明的是,在不违背本发明主旨前提下的其他MIMO天线组件的排列结构、布局方式等也应当属于本发明的保护范围。

此外,本领域技术人员所可以理解的是,耦合带条和馈电贴片的具体尺寸、相对位置等的不同会涉及到天线所产生的频段范围的不同,因此,在实际应用中,应对不同的场景,需要根据实际情况对耦合带条和馈电贴片进行调谐优化。需要说明的是,本实施例给出的具体尺寸范围为一种较佳的尺寸范围,但本发明的保护范围不能以此为限。

以下,参考图1、图4和图6,以一具体实施例说明本发明提供的耦合馈电宽带MIMO天线组件。

在本实施例中,以介电常数为2.2的PCB板作为介质边框200,其厚度为1.52mm。在介质边框200的两个长边上分别设置有一对MIMO天线单元300,每边上的MIMO天线单元300间隔50mm,且距同侧介质边框200的短边的距离也为50mm。

MIMO天线单元300的馈电贴片310位于介质边框200的内侧,耦合带条320位于外侧。耦合带条320的走线宽度为0.2mm,包括顺次首尾相接的第一带条321、第二带条322、第三带条323和第四带条324,所述第一带条321和所述第四带条324之间设置有所述开口;所述第一带条321呈一字型;所述第二带条322包括两个对称设置且端部相连的呈S型的子带条;所述第三带条323呈几字形;所述第四带条324呈L型。

具体的,所述第一带条321的长为2.5mm;第二带条323中S型的子带条的5段长度分别为3mm(3.5mm)、1mm、1.5mm、1.5mm和2mm,其中,与第一带条321相连的一段长度为3mm,与第三带条323相连的一段的长度为3.5mm;第三带条232的5段中,沿水平方向的三段的长度顺次分别为4.5mm、1.5mm和1mm,沿竖直方向的两段长度相同,需根据馈电贴片310的具体位置而定,通过调整该长度,可以调整与馈电贴片310之间的耦合效率;第四带条324的长度为6.5mm,宽为2.2mm。

其中,第一带条321、第二带条322、第三带条323和第四带条324在连接处折弯,折弯角度为90°,此外,第二带条322和第三带条323的各处拐角的角度也为90°。

以及,馈电贴片310的尺寸为3mm×3mm,馈电枝节从馈电贴片310的靠近开口一侧的拐角处延伸出来2mm,并在末端设置馈电点311。

以此结构的耦合馈电宽带MIMO天线组件进行仿真测试,得到S参数如图7所示。图7还给出了图2与图3所示的MIMO天线单元结构所对应的耦合馈电宽带MIMO天线组件的S参数仿真结果,通过对比可发现,本实施例提供的耦合馈电宽带MIMO天线组件,能够覆盖3.2~4.2GHz,且在该带宽范围内S11参数均小于-10dB,具有较好的辐射性能。

综上所述,本实施例提供的耦合馈电宽带MIMO天线组件及移动终端,包括呈矩形的金属地板和围绕所述金属地板边缘设置的介质边框;所述介质边框的每个长边处均设置有2个MIMO天线单元;所述MIMO天线单元包括馈电贴片和耦合带条,所述馈电贴片和所述耦合带条分位于所述介质边框相对的两面。通过在介质边框上设置4MIMO天线单元,使得天线组件在Sub-6G频段范围内有较好的辐射性能;此外,通过将MIMO天线单元中的馈电贴片和耦合带条分设于介质边框相对的两个面,使得两者之间产生较好的耦合,从而拓宽了天线的带宽。解决了如何实现Sub-6G MIMO天线在有限的结构尺寸下的宽频带辐射的问题。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何限定,本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰,均属于权利要求书的保护范围。

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