基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统的制作方法

本发明属于手持终端天线技术领域，适用于5G通讯系统，特别涉及一种基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统。

背景技术：

目前手持终端的尺寸朝着小型化、便携式的方向发展，在终端尺寸不断缩小的情况下，仍要提升终端的性能，这就给硬件工程师留下了许多难题。作为终端与外界沟通的唯一桥梁的天线首当其冲。天线性能的好坏往往决定了通信质量的优劣。近年来，无线电业务增长迅速，而无线频谱资源是有限的，已有的频谱资源已不能满足社会的需求，开发探讨新的频谱资源迫在眉睫。本设计是基于WRC-15大会给出的5G通讯系统未来使用的频率4.8GHz-4.99GHz设计的十MIMO系统，为未来5G通讯提供了可行方案。

众所周知，信系统容量与发送、接收天线的最小个数成正比，即增加天线数量可以提高系统容量，然而多天线系统势必会造成天线之间的干扰增强。这使得天线去耦工作变得尤为重要。目前主要方法有通过天线本身的辐射方向图来调整天线间隔离度，即通过改变天线本身参数来优化，而天线的性能参数往往都是相互关联的，牵一发而动全身，且受基板尺寸影响，很难仅仅通过调节天线本身获得理想的隔离度。这就需要第二种方法即增加额外的去耦结构。

去耦结构设计的好坏决定了能否使天线性能得到充分的发挥。文献[1]采用了一种蘑菇型的突出地结构,但是这种去耦结构的缺点是，需要去耦结构两边是净空区域，也就是不能有地，所以适用性不强。文献[2]采用一种突出地枝节辅助与开槽相结合的方式去耦，同样需要合适的净空区域，如果都是地，则无法正常工作。

[1]J.H. Chou, H. J. Li, D.B. Lin, C.Y. Wu, “A novel LTE MIMO antenna with decoupling element for mobile phone application,” 2014 International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Tokyo (EMC'14/Tokyo) , pp. 697-700, 2014.

[2]H. Huang, Y. Liu, S.X. Gong, “Four antenna MIMO system with compact radiator for mobile terminals,” Microwave and Optical Technology Letters,vol.57, no.6, pp. 1281-1286,2015。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明将谐振环等效成一个LC滤波电路，通过改进谐振环的结构，使之发挥最大作用；并且双环叠加，扩宽了谐振环的带宽，有效提高了MIMO系统的隔离度，适用于多天线系统，从而解决了多天线系统应用在小型手持终端中隔离度差的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统，包括地板、天线、镂空槽、第一去耦结构、第二去耦结构和馈电点；

前述天线设置在地板边缘的镂空槽内，通过馈电点焊接在地板上；

前述第一去耦结构和第二去耦结构结构相同，都为蚀刻在地板上两天线之间的谐振环，包括：凹型谐振环、第一L型谐振环和第二L型谐振环，凹型谐振环一端与第一L型谐振环相连、凹型谐振环另一端与第二L型谐振环相连。

前述天线至少为2个，所述第一去耦结构和第二去耦结构至少有1组。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用了多天线的设计，大大增加了系统容量。改进型谐振环具有适用性强，调节方便的特点；

2、将谐振环蚀刻在天线之间的地板上，调节其位置和谐振环相关参数，就能找到合适的谐振点，来提高隔离度；

3、本发明通过将谐振环进行弯折延长，使得等效电容增大，谐振点偏向低频，同等情况下缩小了谐振环尺寸，节省了基板空间；

4、通过使用两个谐振环，将两个谐振错位摆放，使得两个谐振环产生的频带组合，扩宽了带宽，有效改善了谐振环带宽窄的问题；

5、该天线单元为长6mm的“L”型枝条，设计简单，尺寸小，通过开5mm*5mm的槽，使天线获得了很好的匹配。完全能覆盖5G的工作带宽4.8-4.99GHz；

6、该去耦结构以谐振环为原型，通过改进谐振环本身的结构，使之尺寸更小，通过合理布置谐振环位置能达到很好的去耦效果。相比普通谐振环，该改进型谐振环尺寸更小，节省空间，适合用于实际的天线去耦。

7、相比现有去耦结构，该结构可移植性强，调节方便，可适用于其他多天线系统的去耦。可根据实际情况通过叠加，增加谐振环的个数来扩宽带宽。

8、两天线加去耦结构到10天线加去耦结构并非简单的复制，10天线系统加去耦结构需要对系统进行整体调试，这种改进型的谐振环能取得突出的效果，且对天线原有反射系数影响小，说明其适应性相比普通的谐振环经过简单弯折更强。

附图说明

图1是本发明基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统的立体图；

图2是本发明的谐振环去耦结构与天线的相对位置；

图3本发明的谐振环去耦结构的结构图；

图4是本发明多天线MIMO系统实施例的立体图的尺寸图；

图5是本发明多天线MIMO系统实施例的谐振环去耦结构相对位置及结构图的尺寸图；

图6是本发明多天线MIMO系统实施例不加谐振环天线的反射系数；

图7是本发明多天线MIMO系统实施例加谐振环天线后的反射系数；

图8是本发明多天线MIMO系统实施例不加谐振环天线的隔离度波形图；

图9是本发明多天线MIMO系统实施例加谐振环天线后的隔离度波形图；

图10是本发明多天线MIMO系统实施例的4.9GHz处XZ面方向图；

图11是本发明多天线MIMO系统实施例的4.9GHz处YZ面方向图。

其中：1-地板，2-天线，3-镂空槽，4-第一去耦结构，5-第二去耦结构，6-馈电点，41-凹型谐振环，42-第一L型谐振环，43-第二L型谐振环。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1-3所示，一种基于谐振环去耦结构的多天线MIMO系统，包括地板1、天线2、镂空槽3、第一去耦结构4、第二去耦结构5和馈电点6；

其中，所述天线2设置在地板1边缘的镂空槽3内，通过馈电点6焊接在地板1上；

其中，所述第一去耦结构4和第二去耦结构5结构相同，都为蚀刻在地板上两天线之间的谐振环，包括：凹型谐振环41、第一L型谐振环42和第二L型谐振环43，凹型谐振环41一端与第一L型谐振环42相连、凹型谐振环41另一端与第二L型谐振环43相连。

前述凹型谐振环41的两端向内弯折，与凹型谐振环41一端相连的第一L型谐振环42的弯折部在凹型谐振环41内部；与凹型谐振环41另一端相连的第二L型谐振环43的弯折部在凹型谐振环41外部。

前述第一L型谐振环42与凹型谐振环41相连一侧与第二L型谐振环43与凹型谐振环41相连一侧平行，第一L型谐振环42的竖直段与第二L型谐振环43的竖直段平行。

前述第一L型谐振环42长度为3mm，与凹型谐振环41相连一侧长1mm，竖直段长2mm；第二L型谐振环43长度为2.5mm，与凹型谐振环41相连一侧长1mm，竖直段长1.5mm。

前述第一去耦结构4和第二去耦结构5的开口方向一致、平行放置、相互错开2mm，第一去耦结构4和第二去耦结构5相对的的凹型谐振环41两侧相隔1mm。

前述天线2至少为2个，所述第一去耦结构4和第二去耦结构5至少有1组。

前述地板为覆铜膜的FR4基板。

前述地板1长宽高尺寸为140mm*70mm*1mm，镂空槽3尺寸为5mm*5mm。

前述天线2为6mm长的L型单极子天线，与馈电点6连接的一端为3.5mm，另一端为2.5mm。

如图4-5所示为本发明一个具体实施例的尺寸标示图，具体尺寸如图所示。如图6-11为前述具体实施例的实验仿真结果图。

本具体实施例天线采用10个长约6mm的“L”型单级子天线组成MIMO系统，并通过开5mm*5mm的方形槽，使天线在4.5GHz-5.5GHz达到很好的匹配，完全覆盖了工作频段4800MHz-4990MHz，如图5所示。为此天线系统设计了一款改进型的谐振环去耦结构，将谐振环开口处延长并做弯折处理，增长了谐振环长度，同时，开口处枝条呈现相互呼应的状态，增大了谐振环的等效电容。因此，同等尺寸下，改进型谐振环谐振点频率更低，尺寸更小。图6、图7对比表明谐振环的加入对天线反射系数影响小，天线仍能保持-10dB带宽的标准；图8、图9隔离度对比可知，谐振环的加入对隔离度的改善是明显的：加环前天线隔离度大于7dB，加环后大于11.3dB，至少提高4.3dB，谐振点处提高超过20dB。地板为FR4基板下镀了层铜模。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。