多输入多输出天线系统及移动终端的制作方法

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种多输入多输出天线系统及移动终端。

背景技术：

多输入多输出技术是第四代以及未来移动通信领域的关键技术，它可以在不增加输出功率的频谱的情况下增加系统的传输速率。然而随着移动设备愈加小型化，并且对功能模块的要求愈加提高，移动设备中留给天线的空间就变得越来愈小，同时还要求天线具有多频工作的特性。

由于PIFA天线(Planar Inverted F Antenna，平面倒F天线)具有体积小、多频段工作、辐射全向以及低人体吸收率等特点，使其在手机等移动终端中成为较为广泛应用的一种天线类型。然而对于高度集成的手机天线来说，四分之一波长的PIFA天线仍然较大。除此之外，PIFA天线工作的过程中，会在基板上产生较强的电流，当采用多多输入多输出天线系统，并且天线之间间距较近时，电流就会从一个天线的端口流入至另一个天线的端口，从而造成较大的耦合，极大降低了隔离度。

技术实现要素：

本申请提供了一种多输入多输出天线系统及移动终端，能够解决上述技术问题。

本申请的第一方面提供了一种多输入多输出天线系统，其包括：基板和至少两个天线结构，所述基板具有馈源和接地点，所述天线结构包括第一层结构和第二层结构，所述第二层结构间隔设置在所述第一层结构与所述基板之间，

所述第一层结构包括第一金属贴片和第一短路元件，所述第一金属贴片具有馈电点和第一地馈点，所述馈电点与所述馈源连接，所述第一短路元件的两端分别与所述第一地馈点和所述接地点连接，

所述第二层结构包括第二金属贴片和第二短路元件，所述第二金属贴片与所述第一金属贴片耦合，且所述第二金属贴片具有第二地馈点，所述第二短路元件的两端分别与所述第二地馈点和所述接地点连接。

优选地，所述第一金属贴片包括多个金属线，多个所述金属线依次连接形成螺旋形金属贴片。

优选地，多个所述金属线包括具有所述第一地馈点的金属连接线和除所述金属连接线以外的其它金属线，所述金属连接线的直径大于所述其它金属线的直径。

优选地，所述馈电点设置在所述金属连接线上，且所述馈电点与所述第一地馈点间隔设置。

优选地，所述第一地馈点和所述馈电点之间具有至少两个间距值。

优选地，所述第二地馈点设置在所述第二金属贴片远离所述第一地馈点和所述馈电点的部位上。

优选地，所述第一金属贴片与所述第二金属贴片平行设置。

优选地，所述第一层结构还包括馈电探针，所述馈电探针的两端分别与所述馈源和所述馈电点连接。

优选地，至少两个所述天线结构之间的辐射模式正交。

本申请的第二方面提供了一种移动终端，包括如上述任一项所述的多输入多输出天线系统。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请所提供的多输入多输出天线系统，其天线结构包括第一层结构和第二层结构，该第二层结构设置在第一层结构和基板之间，且该第二层结构的第二金属贴片与第一层结构的金属贴片耦合，通过设置第二层结构与第一层结构耦合，一方面，实现了电容的加载，使得天线结构在谐振频率处实现良好的阻抗匹配，另一方面，将基板上的电流限制在该天线结构的周围，避免该天线结构的电流流向其它天线结构的端口，减小了各天线结构之间的耦合性，从而增加了各天线结构之间的隔离度，极大的提高了通信系统的数据传输率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的多输入多输出天线系统的结构示意图；

图2为图1中所示的多输入多输出天线系统的尺寸表示图；

图3为本申请实施例所提供的多输入多输出天线系统中，天线结构的第一层结构和第二层结构相对放置的结构示意图；

图4为图3中所示的第一层结构、第二层结构及其之间的尺寸表示图；

图5为图3中所示的天线结构的俯视结构示意图；

图6为图5中所示的多输入多输出天线系统的尺寸表示图；

图7为本申请实施例所提供的多输入多输出天线系统中的天线结构的频谱图；

图8为本申请实施例所提供的多输入多输出天线系统中的天线结构的仿真和测试的S参数和频率的关系图；

图9为本申请实施例所提供的多输入多输出天线系统中的两个谐振点的实测辐射方向图。

附图标记：

1-天线结构；

11-第一金属贴片；

12-馈电探针；

13-第一短路元件；

14-第二金属贴片；

15-第二短路元件；

2-基板。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

如图1、图3和图5所示，本申请实施例提供了一种多输入多输出天线系统，其包括基板2和至少两个天线结构，至少两个天线结构之间的辐射模式正交，以增强多天线之间的极化分集，利于增强多输入多输出天线系统的传输速率。

上述基板2具有馈源和接地点，天线结构包括第一层结构和第二层结构，第一层结构包括第一金属贴片11和第一短路元件13，第一金属贴片11具有馈电点和第一地馈点，馈电点与馈源连接，第一短路元件13的两端分别与第一地馈点和接地点连接，该第一层结构可形成一个平面倒F天线结构，为该天线结构的主要辐射体，而第二层结构间隔设置在第一层结构与基板2之间，第二层结构包括第二金属贴片14和第二短路元件15，第二金属贴片14具有第二地馈点，第二短路元件15的两端分别与第二地馈点和接地点连接，且第二金属贴片14通过与第一金属贴片11耦合的方式馈电，这样设计不仅实现了电容的加载，使得天线结构在谐振频率处实现良好的阻抗匹配，而且还能够将基板2上的电流限制在该天线结构的周围，避免该天线结构的电流流向其它天线结构的端口，减小了各天线结构之间的耦合性，从而增加了各天线结构之间的隔离度，极大的提高了通信系统的数据传输率。

其中，根据天线结构具体的谐振频率及匹配情况，该第一短路元件13可为短路探针或短路金属板，该第二短路元件15可为短路探针或短路金属板。

优选地，上述第一金属贴片11包括多个金属线，多个金属线依次连接形成螺旋形金属贴片，也就是说，该第一金属贴片11的形状呈螺旋状，在保证第一金属贴片11大致为多输入多输出天线系统的低频谐振频率的四分之一波长时，通过将第一金属贴片11设计成螺旋形金属贴片，可大大减小该第一金属贴片11的整体长度，使得该天线结构的设计有利于移动终端内的其它元件的集成。由于螺旋结构本身可以产生较强的电感性，因此，通过第二层结构的第二金属贴片14与第一金属贴片11耦合实现电容加载，使该天线结构产生谐振并形成一个LC谐振电路，从而使得该天线结构在谐振频率处实现良好的匹配，并能够将基板2上的电流限制在该天线结构的周围，避免该天线结构的电流流向其它天线结构的端口，减小了各天线结构之间的耦合性，从而增加了各天线结构之间的隔离度。

具体地，如图7所示，虚线表示现有技术中的没有加载第二金属贴片14的天线结构，实线表示本申请中的加载第二金属贴片14的天线结构，图在0.9GHz附近，现有技术中的天线结构的输入阻抗值为80欧姆左右，而本申请的天线结构的输入阻抗值接近0，电感性极大的下降了。与此同时，本申请中通过设置第二金属贴片14，该第二金属贴片14能够分摊大部分电流，从而使得相应基板2上的电流减小，避免该天线结构的电流流向其它天线结构的端口，减小了各天线结构之间的耦合性。

值得说明的是，上述第一金属贴片11也可通过刻槽的方式形成螺旋形金属贴片，优选地，该第一金属贴片11为一体式结构，以保证第一金属贴片11的结构强度，从而保证天线结构的使用稳定性。

进一步地，上述多个金属线包括具有第一地馈点的金属连接线和除金属连接线以外的其它金属线，该金属连接线的直径大于其它金属线的直径，这样设计在保证第一金属贴片11占用较小的空间的同时，可增大第一地馈点的面积，从而便于第一短路元件13与第一金属贴片11连接。

本申请中，第一金属贴片11的馈电点与第一地馈点间隔设置，且该馈电点可设置在该金属连接线上，与第一地馈点相邻，这样设计使得该馈电点能够形成良好的激励作用，实现阻抗匹配。

优选地，第一地馈点和馈电点之间具有至少两个间距值，也就是说，第一地馈点和馈电点之间的距离不是固定不变的，是可以调节的，通过调节第一地馈点和馈电点之间的间距可调节该天线结构的阻抗匹配的情况。

此外，本申请的第二金属贴片14上的第二地馈点远离第一地馈点和馈电点设置，其中，第二地馈点与第一地馈点和馈电点的相对位置可调，可以用来适应调节阻抗匹配情况。

可选地，第一金属贴片11与第二金属贴片14平行设置，以保证第二金属贴片14与第一金属贴片11的耦合强度，从而使第二层结构和第一层结构实现良好的匹配。

根据本申请的一个实施例，第一层结构还包括馈电探针12，馈电探针12的两端分别与馈源和馈电点连接，通过设置馈电探针12，可以降低第一层结构的馈电点与馈源的连接难度。优选地，馈电探针12为L型馈电探针12，在保持结构简单的同时，能够实现最好的匹配效果。

下面对本申请的一个优选实施例进行详细描述：

如图1至图6所示，一种可应用于手机的多输入多输出天线系统，该多输入多输出天线系统包括：基板2和两个天线结构，每个天线结构包括第一金属贴片11、馈电探针12、第一短路元件13、第二短路元件15及第二金属贴片14。下面以基板2为手机基板、第一金属贴片11为螺旋形金属贴片、第一短路元件13为第一短路探针、第二短路元件15为第二短路探针，第二金属贴片14为矩形金属贴片为例，给出了该多输入多输出天线系统的一系列具体参数。

手机基板的尺寸为130mm×60mm。该基板采用金属化基板，其介质层的介质厚度为0.8mm，可以采用介电常数为4.2、损耗角正切值为0.02的FR4板，其金属层的材质可以采用电导率为5.8e+007s/m的铜，且该手机基板的形状可以为矩形，长宽尺寸可以是130mm×60mm。

两天线结构位于手机基板的同一端并且正交放置，且两天线结构之间相邻两边之间的间距为15毫米。

螺旋形金属贴片的螺旋线总长度为86.5mm，螺旋线的宽度为0.5mm，弯折后形成的贴片的长为17.5mm，相当于二十分之一波长，宽为5.5mm，相当于六十分之一波长，该天线结构的横向尺寸得到了极大的降低。且该螺旋形金属贴片距离手机基板的高度为6mm。第一短路探针设置在螺旋线的一端，距离馈电探针123mm的距离。矩形金属贴片与螺旋形金属贴片平行设置，且该矩形金属贴片与螺旋形金属贴片之间的距离为0.6mm，以形成有效的电容耦合，矩形金属贴片的长度为8.5mm，宽度为4.5mm。

对于图2、图4至图6中所示的各参数，本申请实施例优选表一所示的较佳数值：

表一

参照表一，给出了该天线结构工作在900MHz和2.4GHz附近的一个仿真实例。如图8和图9所示。该天线结构的-6dB的阻抗带宽在低频范围内是880-945MHz，在高频范围内是2.39GHz-2.48GHz，测试的各天线结构之间的隔离度在低频和高频分别大于34dB和28dB，表明各天线结构之间的互耦性较低，天线结构的方向图基本覆盖了上半空间。低频范围内测得的平均增益为0.4dB，最大增益为1.62dB，在高频工作范围，平均增益为1.1dB，其中最大方向增益为2.13dB。天线结构在两个频段的效率分别为40.9％和62.8％。

综上可以看出该多输入多输出天线系统在天线结构尺寸较小的情况下，实现了双频谐振。并且由于第二金属贴片14的电流限制作用，各天线结构之间有着很好的隔离度。各天线结构之间不需要采用采用任何的去耦合结构或者阻抗匹配电路，为整个多输入多输出天线系统节省了空间和成本。

本申请还提供了一种移动终端，包括如上述任一实施例所述的多输入多输出天线系统。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。