一种宽带四单元手机天线系统的制作方法

本实用新型涉及多输入多输出天线的技术领域，更具体地说，涉及一种宽带四单元手机天线系统。

背景技术：

多输入多输出（Multiple-Input and Multiple-Output, MIMO）技术是一种能够在不扩展通信频带带宽前提下，显著提高信道容量，从而提高信息的传输速率，达到数据高速传输的能力。因此，在手机移动终端上研究宽带MIMO天线具有重大的现实意义。

现有的文献中，2014年Li H等人在IEEE Transactions on Antennas & Propagation发表题为“Design of Orthogonal MIMO Handset Antennas Based on Characteristic Mode Manipulation at Frequency Bands Below 1 GHz”的文章，在该文章中提出了低于1 GH频带的正交MIMO手机天线设计。2014年Ban Y L等人在IEEE Antennas & Wireless Propagation Letters发表题为“Decoupled Planar WWAN Antennas With T-Shaped Protruded Ground for Smartphone Applications”的文章，在该文章中提出了用于解耦平面WWAN天线与T形突出的方案。2011年Wong K L等人在Microwave & Optical Technology Letters发表题为“Internal mobile phone antenna array for LTE/WWAN and LTE MIMO operations”的文章，在该文章中提出了用于LTE / WWAN和LTE MIMO的移动电话天线阵列。

2010年Wong K L等人在Proceedings of the 71st Vehicular Technology Conference发表题为“Antenna Configurations for 4×4 MIMO in LTE - Field Measurements”的文章，在该文章中指出了4×4 MIMO系统能比2×2 MIMO系统提供更多的信道容量。2011年MARTIN C C等人在Proceedings IEEE Vehicular Technology Conference发表题为“Multiple-input multiple-output(MIMO) radio channel measurements的文章，在该文章中验证了四单元天线系统容量在理论上是单输入单输出系统的4倍。2011年王煊等人在Chinese Journal of Radio Science发表题为“Four-element antenna system for a clamshell phone的文章，在该文章中提出了一款四单元翻盖手机天线，它需要两块地板，所以不符合如今的智能机时代的需求。2010年Wong K L等人在Microwave & Optical Technology Letters发表题为“Four LTE low-band smartphone antennas and their MIMO performance with user's hand presence”的文章，在该文章中给出了一款用于智能机的四单元天线，它覆盖了LTE低频段，该设计中引入大量电感、电容等损耗元件，且加入了匹配电路，增加了天线的复杂性。

本文提出了一种工作在DCS1800、PCS1900、UMTS2100、LTE2300、LTE2500的五频段四单元MIMO手机天线。采用了中和线、延伸地、地板开槽三种方式结合的来使任意两个天线单元之间的隔离度在整个工作带宽内均小于-10 dB。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种宽带四单元手机天线系统，该种宽带四单元手机天线系统结构简单、制作容易、带宽宽和隔离度高，适合作为如手机等移动终端的设备，并能够提高信息传输速率, 覆盖了DCS1800、PCS1900、UMTS2100、LTE2300、LTE2500五个频段。在整个工作频带内，任意两个天线单元之间的互耦均小于-10 dB,该天线具有良好的分集性能。

为了达到上述目的，本实用新型通过下述技术方案予以实现：一种宽带四单元手机天线系统，其特征在于：所述宽带四单元手机天线系统包括：第一单元，所述第一单元包括平面倒F天线；第二单元，所述第二单元包括平面倒F天线；第三单元，所述第三单元包括平面倒F天线；以及所述第四单元包括平面倒F天线, 所述第一单元、第二单元、第三单元、第四单元的平面倒F天线相同。

所述宽带四单元手机天线系统包括中和线、延伸地、地板开槽。

所述第一单元和所述第二单元之间用中和线连接，中和线短路接地，所述第一单元和所述第三单元之间设置有矩形槽。

贴片印刷在FR4介质板。

所述FR4介质板的尺寸为长度为120 mm -6 mm，宽度为216 mm -10.8mm，厚度为3.2 mm -0.16 mm。

所述FR4介质板的尺寸优选为108 mm×60 mm×1.6 mm。

所述第一单元与所述第二单元、所述第三单元、所述第四单元之间的包络相关系数都小于0.11。

所述宽带四单元手机天线系统包括寄生单元，馈电点，实测-6dB阻抗带宽从1.7GHz到2.85GHz。

所述宽带四单元手机天线系统覆盖了DCS1800、PCS1900、UMTS2100、LTE2300、LTE2500五个频段,在整个工作频带内，任意两个天线单元之间的互耦均小于-10 dB,具有良好的分集性能。

通过上述方案，可得到一种结构简单，制作容易、高隔离度的宽带四单元手机天线系统。

更具体地说，由天线结构的对称性和互易定理可知，该天线系统S参数满足：S₁₁=S₂₂=S₃₃=S₄₄，S₁₂=S₃₄，S₁₃=S₃₁=S₂₄=S₄₂，S₁₄=S₄₁=S₂₃=S₃₂，添加寄生单元之后在高频段所覆盖范围略高，而在低频段带宽明显增宽了，解决了无法完整覆盖DCS1800频段的问题。

根据天线实物，利用矢量网络分析仪Agilent N5247A测试了其S参数。ECC是MIMO天线的重要参数。在整个工作频段内，单元1与单元2、3、4之间的包络相关系数均小于0.11，在实际应用中，本文设计的四单元天线系统有很好的分集性能。

一种用于宽带四单元手机天线系统上发送信号的方法，所述方法包括使用宽带四单元手机天线系统发送和接收通信信号，其特征在于：所述宽带四单元手机天线系统包括第一单元，所述第一单元包括倒F天线；第二单元，所述第二单元包括倒F天线；第三单元，所述第三单元包括倒F天线；以及，所述第四单元包括倒F天线, 所述第一单元、第二单元、第三单元、第四单元的平面倒F天线相同。

所述宽带四单元手机天线系统包括中和线、延伸地、地板开槽。

所述第一单元和所述第二单元之间用中和线连接，中和线短路接地，所述第一单元和所述第三单元之间设置有矩形槽。

贴片印刷在FR4介质板。

所述FR4介质板的尺寸为长度为120 mm -6 mm，宽度为216 mm -10.8mm，厚度为3.2 mm -0.16 mm。

所述FR4介质板的尺寸优选为108 mm×60 mm×1.6 mm。

所述第一单元与所述第二单元、所述第三单元、所述第四单元之间的包络相关系数都小于0.11。

所述宽带四单元手机天线系统包括寄生单元，馈电点。

所述宽带四单元手机天线系统覆盖了DCS1800、PCS1900、UMTS2100、LTE2300、LTE2500五个频段。

更具体地说，由天线结构的对称性和互易定理可知，该天线系统S参数满足：S₁₁=S₂₂=S₃₃=S₄₄，S₁₂=S₃₄，S₁₃=S₃₁=S₂₄=S₄₂，S₁₄=S₄₁=S₂₃=S₃₂，添加寄生单元之后在高频段所覆盖范围略高，而在低频段带宽明显增宽了，解决了无法完整覆盖DCS1800频段的问题。

根据天线实物，利用矢量网络分析仪Agilent N5247A测试了其S参数。ECC是MIMO天线的重要参数。在整个工作频段内，单元1与单元2、3、4之间的包络相关系数均小于0.11，在实际应用中，本文设计的四单元天线系统有很好的分集性能。

本公开的实施例实现了增强的多输入多输出天线。现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种说明性实施例。在以下描述中阐述各种细节的同时，将意识到可以在没有这些具体细节的情况下实现本实用新型，且意识到可以对本文所述的实用新型作出大量实现特定的决定以达成实用新型人的特定目标，例如符合工艺技术的规定或与设计相关的约束，这将根据不同实现而变化。尽管这种开发工作可能是复杂且消耗时间的，然而其对于以受益于本公开的本领域技术人员来说将是采取的日常工作。例如，以框图和流程图形式(而不是详细地)来示出所选方案，以避免限制本实用新型或使得本实用新型不明显。此外，在与计算机存储器中的数据相关的算法或操作的意义上呈现本文提供的具体实施方式的一些部分。本领域技术人员使用这种描述和表示向本领域其他技术人员描述和传达它们工作的本质。

本文所使用的，术语“系统”等意在指代计算机相关实体，其是硬件、软件、硬件和软件的组合、或机器、计算机或处理器上执行的软件。例如，组件可以是(但不限于)：处理器、在处理器上运行的进程、对象、可执行文件、执行的线程、程序、或计算机。作为说明，在计算机上运行的应用和计算机本身都可以是组件。一个或多个组件可以驻留在进程或执行的线程内，且可以将组件本地化在一个计算机上或分散在两个或更多计算机上。

在本文中将单词“示例”用于表示作为示例、实例、或说明之用。本文中被描述为“示例”的任何方案或设计不一定被解释为相对于其他方案或设计是优选的或有利的。本领域技术人员将意识到可以在不脱离所要求保护的主题的范围、精神或程度的情况下对该配置进行很多修改。此外，可以使用标准编程和工程技术将所公开的主题实现为系统、方法、装置、或制造品，以产生用于控制计算机或基于处理器的设备来实现本文详述的各方案的软件、固件、硬件、或它们的任意组合。

附图说明

图1示出了本实用新型的天线整体结构。

图2示出了本实用新型的每个天线单元具体尺寸。

图3示出了1.71 GHz谐振频率时的表面电流分布。

图4示出了2.34 GHz谐振频率时的表面电流分布。

图5示出了有无寄生单元的S₁₁对比图。

图6示出了几种去耦措施之后单元1与单元2、3的互耦情况。

图7示出了实测S参数。

图8示出了ECC的结果。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细的描述。

实施例1

本实用新型以型号为FR4的基板为例进行说明，在实施例中，图1的四周1、2、3、4分别为单元1、单元2、单元3、单元4，单元1为第一单元，单元2为第二单元，单元3为第三单元，单元4为第四单元。

本实用新型的宽带四单元手机天线系统包括天线，天线整体结构见图1，贴片印刷在相对介电常数为4.4、损耗正切为0.02、尺寸为108 mm×60 mm×1.6 mm的FR4介质板正面，灰色的地板在其背面。该天线系统由四个完全相同的“∏”型平面倒F天线单元组成，对称分布在介质板正面的四个角上。为了提高天线单元之间的隔离度，在单元1和单元2之间用宽度为0.5 mm的中和线连接，中和线中间短路接地，同时延伸出地枝节,而单元1和单元3中间的地板上开长为15 mm，宽为1 mm的矩形槽。

图2为每个天线单元具体尺寸，每个单元的尺寸为18.4 mm×18 mm，由两条主干枝节和一个寄生单元组成。为了更好地了解天线单元的各部分结构对天线的影响，图3和图4给出了天线单元1在不同谐振频率时的表面电流分布。在1.71 GHz时，单元1的寄生单元上有强烈的电流分布，此处谐振主要由寄生单元产生；在2.34 GHz时，单元1的两条主干枝节上面都有较强电流分布，此处谐振由这两条谐振臂共同产生。

由天线结构的对称性和互易定理可知，该天线系统S参数满足：S₁₁=S₂₂=S₃₃=S₄₄，S₁₂=S₃₄，S₁₃=S₃₁=S₂₄=S₄₂，S₁₄=S₄₁=S₂₃=S₃₂，故本文各项性能均以单元1为参考。

图5给出了有无寄生单元的S₁₁对比图。从图中可以看出，添加寄生单元之后在高频段所覆盖范围略高，而在低频段带宽明显增宽了，解决了无法完整覆盖DCS1800频段的问题。

图6给出了几种去耦措施之后单元1与单元2、3的互耦情况。在整个去耦方案研究过程中，由于单元1与单元4相隔较远，两者之间耦合始终保持在-15dB以下。图中结构1是未经过任何去耦措施，结构2是添加中和线并短路接地，结构3是在结构2基础上再添加延伸地，组合的方案就是本文提出的去耦措施。从图中可以看出，结构1 的S₁₂在1.6 ~ 2.1 GHz上都是大于-10 dB，为了减小单元1与单元2之间的互耦，单元1与单元2之间引入中和线并短路接地（结构2），当激励单元1时，中和线带来了新的耦合路径，与通过地板非激励单元产生的两条电流的相位相反，从而抵消一部分耦合电流，达到解耦目的。但是此时单元1与单元3之间的互耦已经在2.2 ~ 2.65 GHz频段上已经大于-10 dB。结构3很好地解决了此问题，但是S₁₂在高频段又大于 -10 dB了，本文将中和线、延伸地、地板开槽组合之后的去耦成功解决了这些问题。

用矢量网络分析仪Agilent N5247A测试了其S参数如图7所示。

ECC是MIMO天线的重要参数。ECC的结果如图8所示，从图中可以看出，在整个工作频段内，单元1与单元2、3、4之间的包络相关系数均小于0.11，该结果说明：在实际应用中，本文设计的四单元天线系统有很好的分集性能。

实施例2

本实用新型以型号为FR4的基板为例进行说明。

一种宽带四单元手机天线系统，其特征在于：所述宽带四单元手机天线系统包括：第一单元，所述第一单元包括平面倒F天线；第二单元，所述第二单元包括平面倒F天线；第三单元，所述第三单元包括平面倒F天线；以及所述第四单元包括平面倒F天线, 所述第一单元、第二单元、第三单元、第四单元的平面倒F天线相同。

所述宽带四单元手机天线系统包括中和线、延伸地、地板开槽。

所述第一单元和所述第二单元之间用中和线连接，中和线短路接地，所述第一单元和所述第三单元之间设置有矩形槽。

贴片印刷在FR4介质板。

所述FR4介质板的尺寸为54 mm×30 mm×0.8 mm。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。