一种新型多频MIMO手机天线的制作方法

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种新型多频MIMO手机天线。

背景技术：

无线通信技术发展迅速，对于无线通信速率和通信质量要求与日俱增。移动终端体积小巧，设计结构简单、尺寸小的多频带，宽频带内置天线成为热点和难点，在移动终端布置多个天线并且保证各个天线单元的良好性能更加困难。MIMO技术能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量。研究并设计小型化多频段MIMO手机天线具有十分积极的意义和工程应用价值。本发明中的天线单元1(30mm×8mm×3mm)采用立体结构，与文献[1]中采用平面结构的天线(45mm×15mm)对比，结构更加紧凑。本发明中的天线单元6(10mm×10mm×3mm)与文献[2]中的天线(10mm×10mm×5mm)对比，性能和尺寸都更加优越。本发明采用多个天线覆盖了GSM850、GSM900、DCS1800、PCS1900，UMTS、LTE2300、LTE2600、C波段(3.4GHz-3.6GHz)多个频段，满足移动终端对于天线体积小，多频段的要求，并且利用MIMO技术增加数据传输速率和通信质量。

技术实现要素：

本发明提供一种新型多频MIMO手机天线，以解决现有技术中移动终端对于多个天线小型化，宽频化，简易化和良好性能的需求问题；本发明将天线单元折叠覆盖到FR4介质方块之上形成三维结构，充分保证天线各个单元的良好性能，使其应用于2G、3G、4G乃至5G移动无线通信中。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种新型多频MIMO手机天线，包括长方形的天线地板1，所述天线地板1的两个长边上各设置有两个第二类方块9，所述天线地板的一个短边上设置有第一类方块8，所述天线地板的另一个短边上设置有第三类方块10，所述第一类方块8上覆盖有第一天线单元2，四个第二类方块9上各覆盖有一个第二类天线单元，所述第二类天线单元包括第二天线单元3、第三天线单元4、第四天线单元5和第五天线单元6，所述第三类方块10上覆盖有第六天线单元7，所述第一天线单元2、第二天线单元3、第四天线单元5、第六天线单元7、第五天线单元6和第三天线单元4依次围绕天线地板1顺时针方向排布。

所述第一类方块8与第三类方块10相对的且位于第一类方块8上的面为第一侧面，第一类方块8从第一侧面起顺时针方向依次为第二侧面、第三侧面和第四侧面，所述第一天线单元2包括贴于第一类方块8顶面呈直线排布的第一金属条11和C型的第七金属条19，所述C型的第七金属条19的开口向第二侧面，且第一金属条11和第七金属条19之间留有空隙，所述第一金属条11、空隙和第七金属条19的总长度与第一类方块8顶面的长度相同，第一金属条11和第七金属条19的侧边与第三侧面的顶边齐平，第一金属条11背离第七金属条19的一端垂直连接位于第四侧面的第三金属条13，所述第三金属条13的长度短于第一类方块8的高度，所述第一金属条11的侧边垂直连接位于第三侧面的第二金属条12的一端，第二金属条12的另一端垂直连接延伸于第一类方块8底面的第四金属条14的一端，所述第四金属条14的另一端设置有第一馈电点15，所述C型的第七金属条19开口处有两个接点，其中一个接点垂直连接位于第三侧面的第六金属条18的一端，所述第六金属条18的另一端垂直连接第五金属条17的一端，所述第五金属条17的另一端设置有第一短路点16，另一个接点垂直连接第八金属条20的一端，所述第八金属条20的另一端分别与与其水平连接的第十金属条22的一端和与其垂直连接第九金属条21的一端相接，第九金属条21的另一端垂直连接第十一金属条23的一端，第十一金属条23的另一端连接第十二金属条24，所述第八金属条20、第九金属条21、第十金属条22、第十一金属条23和第十二金属条24均位于第一类方块8顶面，且所述第十二金属条24的侧边与第一侧面的顶边齐平，所述第十金属条22的另一端垂直连接位于第一侧面的第十三金属条25的一端，所述第十三金属条25的另一端垂直连接第十四金属条26的一端，第十四金属条26的另一端垂直连接第十五金属条27的一端，第十五金属条27的另一端垂直连接第十六金属条28，所述第十三金属条25、第十四金属条26、第十五金属条27和第十六金属条28围绕着第一侧面的四个边设置，所述第十二金属条24的长度短于第十六金属条28的长度，第十六金属条28的长度短于第九金属条21的长度，所述第九金属条21和第十四金属条26的长度与第一类方块8顶面的长度相同。

位于同侧长边上的两个第二类方块9相对的面为第五侧面，相背的面为第七侧面，位于相对的两条长边上的第二类方块9相对的面为第六侧面，相背的面为第八侧面，所述第二类天线单元包括位于第七侧面上纵向设置的第二十七金属条41、第二十八金属条42和横向设置的第三十金属条44、第三十一金属条47，所述第二十七金属条41、第二十八金属条42、第三十金属条44和第三十一金属条47的一端相交于一点，且第三十金属条44和第三十一金属条47形成的纵向直线与第二十七金属条41和第二十八金属条42形成的横向直线互相垂直；所述第三十金属条44的另一端垂直于第三十金属条44设置有第二短路点45，所述第二短路点45位于第八侧面，所述第二十八金属条42的另一端垂直连接延伸于第二类方块9底面的第二十九金属条43的一端，所述第二十九金属条43的另一端设置有第二馈电点46，第三十一金属条47的另一端垂连接有位于第六侧面的第三十二金属条48的一端，所述第三十二金属条48的另一端垂直连接位于第五侧面的第三十三金属条49，所述第二十七金属条41的另一端连接位于第二类方块9顶面的第三十四金属条50的一端，所述第三十四金属条50的另一端垂直连接第三十五金属条51的一端，所述第三十五金属条51的另一端垂直连接第三十六金属条52的一端，第三十六金属条52的另一端垂直连接第三十七金属条53的一端，所述第三十七金属条53的另一端垂直连接第三十八金属条54，所述第三十四金属条50、第三十五金属条51、第三十六金属条52、第三十七金属条53和第三十八金属条54均位于第二类方块9的顶面，所述第三十四金属条50的侧边与第七侧面的顶边齐高，所述第三十五金属条51的侧边与第八侧面的顶边齐高，所述第三十七金属条53的侧边与第六侧面的顶边齐高，所述第三十八金属条54的侧边与第五侧面的顶边齐高，所述第三十一金属条47的长度长于第三十金属条44，所述第二十八金属条42的长度长于第二十七金属条41，所述第三十八金属条54的长度长于第三十四金属条50,第三十四金属条50的长度长于第三十三金属条49，所述第三十二金属条48的长度与第二类方块9的长度相同，所述第三十六金属条52的长度与第二类方块9的宽度相同；所述第三十二金属条48的宽度大于第三十一金属条47，所述第三十一金属条47的宽度大于第三十金属条44。

所述第三类方块10与第一类方块8相对的且位于第三类方块10上的面为第九侧面，第三类方块10从第九侧面起顺时针方向依次为第十侧面、第十一侧面和第十二侧面，所述第六天线单元2包括位于第十二侧面上纵向设置的第十九金属条31、第二十一金属条33和横向设置的第十八金属条30、第二十金属条32，所述第十八金属条30、第十九金属条31、第二十金属条32、第二十一金属条33的一端相交于一点，且第十九金属条31和第二十一金属条33形成的纵向直线与第十八金属条30和第二十金属条32形成的横向直线互相垂直，所述第十八金属条30的宽度大于第二十金属条32；所述第二十金属条32的另一端垂直于第二十金属条32设置有第三短路点36，所述第三短路点36位于第九侧面，所述第二十一金属条33的另一端垂直连接延伸于第三类方块10底面的第二十二金属条34的一端，所述第二十二金属条34的另一端设置有第三馈电点35，所述第十八金属条30的另一端垂直连接位于第十一侧面的第二十五金属条39的一端，所述第二十五金属条39的另一端垂直连接位于第十侧面的第二十六金属条40，所述第十九金属条31的另一端连接位于第三类方块10顶面的第十七金属条29的一端，第十七金属条29的另一端垂直连接第二十三金属条37的一端，第二十三金属条37的另一端垂直连接第二十四金属条38，所述第二十三金属条37和第二十四金属条38也位于第三类方块10顶面，所述第十七金属条29的侧边与第十二侧面的顶边齐平，所述第二十三金属条37的侧边与第十一侧面的顶边齐平，所述第二十四金属条38的侧边与第十侧面的顶边齐平，所述第十八金属条30、第二十五金属条39和第二十六金属条40距离第三类方块10底面的高度一致，所述第二十四金属条38的长度长于第二十六金属条40，第二十六金属条40的长度长于第十七金属条29，所述第十八金属条30的长度长于第二十金属条32，所述第二十一金属条33的长度长于第十九金属条31，所述第二十金属条32和第十八金属条30的总长度等于第三类方块10的宽度相同，所述第二十三金属条37和第二十五金属条39的长度与第三类方块10的长度相同。

所述天线地板1、第一天线单元2、第二天线单元3、第三天线单元4、第四天线单元5、第五天线单元6和第六天线单元7的材质均为铜；第一类方块8、第二类方块9和第三类方块10均为FR4介质方块。

所述第一类方块8的长宽高为30mm×8mm×3mm，所述第二类方块9的长宽高为6mm×6mm×2mm，所述第三类方块10的长宽高为10mm×10mm×3mm。

所述第一天线单元2的频段(VSWR<3)：0.82GHz-0.96GHz, 1.70GHz-2.82GHz，所述第二类天线单元的频段(VSWR<2)：3.35GHz-3.72GHz；所述第六天线单元7的频段(VSWR<2)：1.83GHz-2.07Ghz，2.26GHz-2.70GHz。

所述天线地板1的长和宽分别为130mm×65mm，所述第一天线单元2与天线地板1两个长边的距离分别为19mm和37mm，所述第六天线单元7与天线地板1两个长边的距离分别为21mm和35mm，所述第四天线单元5与第六天线单元7所在的短边的距离为32mm，所述第五天线单元6与第六天线单元7所在的短边的距离为30mm，所述第三天线单元4和第五天线单元6之间的距离为48mm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

第一：该天线系统的各个天线单元尺寸相当紧凑，虽然具有立体结构但是最高高度仅有4mm，适用于目前追求轻薄小巧趋向的手机等移动终端。

第二：该天线系统覆盖频段丰富，可以同时满足几乎市面上流行的2G/3G/4G通信标准频段，并且满足作为未来5G通信候选频段的C波段3.4GHz-3.6GHz，对于研究5G天线有重要意义。

第三：该天线系统由多个天线单元组成，并且天线单元之间具有良好的隔离度，充分保证了天线单元优良性能和总体的MIMO性能。为进一步在手机布置多个天线，实现更好的MIMO性能提供了可能性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是第一天线单元的立体结构图；

图3是第一天线单元的平面展开图；

图4是第二类天线单元的立体结构图；

图5是第二类天线单元的平面展开图；

图6是第六天线单元的立体结构图；

图7是第六天线单元的平面展开图；

图8是天线地板的结构示意图；

图9是第一天线单元的回波损耗图；

图10是第二类天线单元的回波损耗图；

图11是第六天线单元的回波损耗图；

图12是第二天线单元与第三天线单元、第四天线单元、第五天线单元的S参数图；

图13是第一天线单元与第六天线单元的S参数图；

图14是第一天线单元在频率0.9GHz时xz面和yz面的方向图；

图15是第一天线单元在频率1.9GHz时xz面和yz面的方向图；

图16是第一天线单元在频率2.6GHz时xz面和yz面的方向图；

图17是第二天线单元在频率3.5GHz时xz面和yz面的方向图；

图18是第三天线单元在频率3.5GHz时xz面和yz面的方向图；

图19是第四天线单元在频率3.5GHz时xz面和yz面的方向图；

图20是第五天线单元在频率3.5GHz时xz面和yz面的方向图；

图21是第六天线单元在频率1.9GHz时xz面和yz面的方向图；

图22是第六天线单元在频率2.6GHz时xz面和yz面的方向图；

图23是第一天线单元的增益和效率图；

图24是第二天线单元、第三天线单元、第四天线单元、第五天线单元的增益和效率图；

图25是第六天线单元的增益和效率图；

其中：1-天线地板，2-第一天线单元，3-第二天线单元，4-第三天线单元，5-第四天线单元，6-第五天线单元，7-第六天线单元，8-第一类方块，9-第二类方块，10-第三类方块，11-第一金属条，12-第二金属条，13-第三金属条，14-第四金属条，15-第一馈电点，16-第一短路点，17-第五金属条，18-第六金属条，19-第七金属条，20-第八金属条，21-第九金属条，22-第十金属条，23-第十一金属条，24-第十二金属条，25-第十三金属条，26-第十四金属条，27-第十五金属条，28-第十六金属条，29-第十七金属条，30-第十八金属条，31-第十九金属条，32-第二十金属条，33-第二十一金属条，34-第二十二金属条，35-第三馈电点，36-第三短路点，37-第二十三金属条，38-第二十四金属条，39-第二十五金属条，40-第二十六金属条，41-第二十七金属条，42-第二十八金属条，43-第二十九金属条，44-第三十金属条，45-第二短路点，46-第二馈电点，47-第三十一金属条，48-第三十二金属条，49-第三十三金属条，50-第三十四金属条，51-第三十五金属条，52-第三十六金属条，53-第三十七金属条，54-第三十八金属条。

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1-8所示，以第三天线单元4所在的长边和第六天线单元7所在的短边的焦点为原点建立坐标系，坐标系中，以原点出发向着第三天线单元4的方向为x轴，以原点出发向着第六天线单元7的方向为y轴，以原点出发垂直于天线地板1向上的方向为z轴，一种新型多频MIMO手机天线，包括长方形的天线地板1，所述天线地板1的两个长边上各设置有两个第二类方块9，所述天线地板的一个短边上设置有第一类方块8，所述天线地板的另一个短边上设置有第三类方块10，所述第一类方块8上覆盖有第一天线单元2，四个第二类方块9上各覆盖有一个第二类天线单元，所述第二类天线单元包括第二天线单元3、第三天线单元4、第四天线单元5和第五天线单元6，所述第三类方块10上覆盖有第六天线单元7，所述第一天线单元2、第二天线单元3、第四天线单元5、第六天线单元7、第五天线单元6和第三天线单元4依次围绕天线地板1顺时针方向排布。

所述第一类方块8与第三类方块10相对的且位于第一类方块8上的面为第一侧面，第一类方块8从第一侧面起顺时针方向依次为第二侧面、第三侧面和第四侧面，所述第一天线单元2包括贴于第一类方块8顶面呈直线排布的第一金属条11和C型的第七金属条19，所述C型的第七金属条19的开口向第二侧面，且第一金属条11和第七金属条19之间留有空隙，所述第一金属条11、空隙和第七金属条19的总长度与第一类方块8顶面的长度相同，第一金属条11和第七金属条19的侧边与第三侧面的顶边齐平，第一金属条11背离第七金属条19的一端垂直连接位于第四侧面的第三金属条13，所述第三金属条13的长度短于第一类方块8的高度，所述第一金属条11的侧边垂直连接位于第三侧面的第二金属条12的一端，第二金属条12的另一端垂直连接延伸于第一类方块8底面的第四金属条14的一端，所述第四金属条14的另一端设置有第一馈电点15，所述C型的第七金属条19开口处有两个接点，其中一个接点垂直连接位于第三侧面的第六金属条18的一端，所述第六金属条18的另一端垂直连接第五金属条17的一端，所述第五金属条17的另一端设置有第一短路点16，另一个接点垂直连接第八金属条20的一端，所述第八金属条20的另一端分别与与其水平连接的第十金属条22的一端和与其垂直连接第九金属条21的一端相接，第九金属条21的另一端垂直连接第十一金属条23的一端，第十一金属条23的另一端连接第十二金属条24，所述第八金属条20、第九金属条21、第十金属条22、第十一金属条23和第十二金属条24均位于第一类方块8顶面，且所述第十二金属条24的侧边与第一侧面的顶边齐平，所述第十金属条22的另一端垂直连接位于第一侧面的第十三金属条25的一端，所述第十三金属条25的另一端垂直连接第十四金属条26的一端，第十四金属条26的另一端垂直连接第十五金属条27的一端，第十五金属条27的另一端垂直连接第十六金属条28，所述第十三金属条25、第十四金属条26、第十五金属条27和第十六金属条28围绕着第一侧面的四个边设置，所述第十二金属条24的长度短于第十六金属条28的长度，第十六金属条28的长度短于第九金属条21的长度，所述第九金属条21和第十四金属条26的长度与第一类方块8顶面的长度相同。

位于同侧长边上的两个第二类方块9相对的面为第五侧面，相背的面为第七侧面，位于相对的两条长边上的第二类方块9相对的面为第六侧面，相背的面为第八侧面，所述第二类天线单元包括位于第七侧面上纵向设置的第二十七金属条41、第二十八金属条42和横向设置的第三十金属条44、第三十一金属条47，所述第二十七金属条41、第二十八金属条42、第三十金属条44和第三十一金属条47的一端相交于一点，且第三十金属条44和第三十一金属条47形成的纵向直线与第二十七金属条41和第二十八金属条42形成的横向直线互相垂直；所述第三十金属条44的另一端垂直于第三十金属条44设置有第二短路点45，所述第二短路点45位于第八侧面，所述第二十八金属条42的另一端垂直连接延伸于第二类方块9底面的第二十九金属条43的一端，所述第二十九金属条43的另一端设置有第二馈电点46，第三十一金属条47的另一端垂连接有位于第六侧面的第三十二金属条48的一端，所述第三十二金属条48的另一端垂直连接位于第五侧面的第三十三金属条49，所述第二十七金属条41的另一端连接位于第二类方块9顶面的第三十四金属条50的一端，所述第三十四金属条50的另一端垂直连接第三十五金属条51的一端，所述第三十五金属条51的另一端垂直连接第三十六金属条52的一端，第三十六金属条52的另一端垂直连接第三十七金属条53的一端，所述第三十七金属条53的另一端垂直连接第三十八金属条54，所述第三十四金属条50、第三十五金属条51、第三十六金属条52、第三十七金属条53和第三十八金属条54均位于第二类方块9的顶面，所述第三十四金属条50的侧边与第七侧面的顶边齐高，所述第三十五金属条51的侧边与第八侧面的顶边齐高，所述第三十七金属条53的侧边与第六侧面的顶边齐高，所述第三十八金属条54的侧边与第五侧面的顶边齐高，所述第三十一金属条47的长度长于第三十金属条44，所述第二十八金属条42的长度长于第二十七金属条41，所述第三十八金属条54的长度长于第三十四金属条50,第三十四金属条50的长度长于第三十三金属条49，所述第三十二金属条48的长度与第二类方块9的长度相同，所述第三十六金属条52的长度与第二类方块9的宽度相同；所述第三十二金属条48的宽度大于第三十一金属条47，所述第三十一金属条47的宽度大于第三十金属条44。

所述第三类方块10与第一类方块8相对的且位于第三类方块10上的面为第九侧面，第三类方块10从第九侧面起顺时针方向依次为第十侧面、第十一侧面和第十二侧面，所述第六天线单元2包括位于第十二侧面上纵向设置的第十九金属条31、第二十一金属条33和横向设置的第十八金属条30、第二十金属条32，所述第十八金属条30、第十九金属条31、第二十金属条32、第二十一金属条33的一端相交于一点，且第十九金属条31和第二十一金属条33形成的纵向直线与第十八金属条30和第二十金属条32形成的横向直线互相垂直，所述第十八金属条30的宽度大于第二十金属条32；所述第二十金属条32的另一端垂直于第二十金属条32设置有第三短路点36，所述第三短路点36位于第九侧面，所述第二十一金属条33的另一端垂直连接延伸于第三类方块10底面的第二十二金属条34的一端，所述第二十二金属条34的另一端设置有第三馈电点35，所述第十八金属条30的另一端垂直连接位于第十一侧面的第二十五金属条39的一端，所述第二十五金属条39的另一端垂直连接位于第十侧面的第二十六金属条40，所述第十九金属条31的另一端连接位于第三类方块10顶面的第十七金属条29的一端，第十七金属条29的另一端垂直连接第二十三金属条37的一端，第二十三金属条37的另一端垂直连接第二十四金属条38，所述第二十三金属条37和第二十四金属条38也位于第三类方块10顶面，所述第十七金属条29的侧边与第十二侧面的顶边齐平，所述第二十三金属条37的侧边与第十一侧面的顶边齐平，所述第二十四金属条38的侧边与第十侧面的顶边齐平，所述第十八金属条30、第二十五金属条39和第二十六金属条40距离第三类方块10底面的高度一致，所述第二十四金属条38的长度长于第二十六金属条40，第二十六金属条40的长度长于第十七金属条29，所述第十八金属条30的长度长于第二十金属条32，所述第二十一金属条33的长度长于第十九金属条31，所述第二十金属条32和第十八金属条30的总长度等于第三类方块10的宽度相同，所述第二十三金属条37和第二十五金属条39的长度与第三类方块10的长度相同。

所述天线地板1、第一天线单元2、第二天线单元3、第三天线单元4、第四天线单元5、第五天线单元6和第六天线单元7的材质均为铜；第一类方块8、第二类方块9和第三类方块10均为FR4介质方块。

所述第一类方块8的长宽高为30mm×8mm×3mm，所述第二类方块9的长宽高为6mm×6mm×2mm，所述第三类方块10的长宽高为10mm×10mm×3mm。

所述第一天线单元2的频段(VSWR)<3：0.82GHz-0.96GHz,1.70GHz-2.82GHz，所述第二类天线单元的频段(VSWR)<2：3.35GHz-3.72GHz；所述第六天线单元7的频段(VSWR)<2：1.83GHz-2.07Ghz，2.26GHz-2.70GHz。

所述天线地板1的长和宽分别为130mm×65mm，所述第一天线单元2与天线地板1两个长边的距离分别为19mm和37mm，所述第六天线单元7与天线地板1两个长边的距离分别为21mm和35mm，所述第四天线单元5与第六天线单元7所在的短边的距离为32mm，所述第五天线单元6与第六天线单元7所在的短边的距离为30mm，所述第三天线单元4和第五天线单元6之间的距离为48mm。

图1是天线的整体结构，对该天线的天线单元依次进行了编号，第二类天线单元包括第二天线单元3、第三天线单元4、第四天线单元5和第五天线单元6，其结构相同。

图2-7分别给出了第一天线单元、第二类天线单元和第六天线单元的立体结构图和与之对应的平面展开图(单位均为mm)，第一天线单元折叠覆盖于体积为30mm×8mm×3mm的FR4介质上；第二类天线单元折叠覆盖在体积为6mm×6mm×2mm的FR4介质上；第六天线单元折叠覆盖在体积为10mm×10mm×3mm的FR4介质上，6个FR4介质长方体均至于天线FR4基板(130mm×65mm×1mm)上。

图8给出了天线FR4基板下方的地板，该地板材质为铜，并对地板的形状和尺寸进行了详细标注，单位为mm。

图9-11分别给出了第一天线单元、第二类天线单元和第六天线单元的S11(回波损耗)，由S11可知天线系统充分覆盖了GSM850、GSM900、DCS1800、PCS1900，UMTS、LTE2300、LTE2600、C波段(3.4GHz-3.6GHz)频段。

图12-13分别给出了工作频率相同的天线单元之间的S参数，可见天线单元之间实现了良好的隔离。

图14-22分别给出了第一天线单元、第二类天线单元和第六天线单元在各个工作频段内关键频点的辐射方向图，由方向图可见天线具有良好的全向辐射特性，可以适用于手机等移动无线终端设备。

图23-25给出了第一天线单元、第二类天线单元和第六天线单元在工作频段内的增益和效率，可知天线具有良好的能量转换性能。

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。