紧凑型双频5GMIMO天线系统及移动终端的制作方法

本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种紧凑型双频5gmimo天线系统及移动终端。

背景技术：

随着无线通信技术的快速发展，第五代(5g)无线通信系统将在2020年商业化使用。5g无线通信系统将使用下面两个不同的主要频段：6ghz以下和6ghz以上的毫米波频段。由于6ghz以下具有可操作性强和技术成熟的优点，所以6ghz以下的5g天线系统将被优先使用。在第四代移动通信(4g)系统中，2×2的多输入多输出(mimo)天线系统已经被广泛研究并使用在手持移动设备中。根据目前各国的研究结果，5g技术相比目前的4g技术，其峰值速率将增长数十倍，所以，为了达到5g传输速率的要求，4天线单元的天线系统或更多天线单元的天线系统将被使用，以实现更大的信道容量和更好的通信质量。此外，具有多天线单元的mimo天线系统可以很好地解决多径衰落问题并提升数据吞吐量。

2017年11月9日，国家工信部公布5g频段，规划3.4～3.6ghz和4.8～5ghz频段作为5g系统的工作频段，由于手持设备比如手机的空间有限，因此如何设计出结构紧凑的天线系统将是mimo天线系统设计中要面临的一个挑战。此外，随着天线单元数目的增多，如何得到较好的隔离度(比如优于15db)的mimo天线系统也将是mimo天线系统设计中面临的另外一个挑战，降低天线单元之间的隔离度问题已经被广泛地研究和讨论过，比如通过在两个相邻天线单元之间加入隔离条、在天线系统的pcb板上开缝隙、使用解耦网络以及在天线单元之间加入具有隔离效果的中和线等。无论使用上述哪种设计，都会增加天线系统的复杂程度和设计的难度，同时还会为后期的调试增加难度。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种紧凑型双频5gmimo天线系统及移动终端，其结构紧凑且隔离度好。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种紧凑型双频5gmimo天线系统，包括至少两个的天线组件，所述天线组件包括第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元包括第一辐射组件、第一馈电分支和接地分支，所述第一辐射组件包括第一辐射分支和第二辐射分支，所述第一辐射分支与第二辐射分支对应设置，所述第二天线单元包括第二辐射组件、第二馈电分支和接地分支，所述第二辐射组件包括第三辐射分支和第四辐射分支，所述第三辐射分支与第四辐射分支对应设置，所述接地分支位于所述第一辐射组件和第二辐射组件之间，所述第一馈电分支靠近所述第一辐射组件远离接地分支的一端设置，所述第二馈电分支靠近所述第二辐射组件远离接地分支的一端设置。

进一步的，所述第一辐射组件和第二辐射组件相对于所述接地分支对称设置。

进一步的，所述第一馈电分支和第二馈电分支相对于所述接地分支对称设置。

进一步的，所述第一辐射分支、第三辐射分支的形状均为倒u形，所述第二辐射分支和第四辐射分支的形状均为u形，所述第一馈电分支和第二馈电分支的形状均为长条形。

进一步的，第一辐射分支、第二辐射分支、第三辐射分支、第四辐射分支、第一馈电分支和第二馈电分支的形状均为弧形。

进一步的，所述天线组件还包括天线支架，所述第一辐射组件、第二辐射组件、接地分支、第一馈电分支和第二馈电分支均位于所述天线支架的同一侧面上。

进一步的，所述第一辐射组件靠近第一馈电分支的一端设有第一缝隙，所述第一馈电分支上设有第一馈电点，所述第一缝隙靠近所述第一馈电点设置；所述第二辐射组件靠近第二馈电分支的一端设有第二缝隙，所述第二馈电分支上设有第二馈电点，所述第二缝隙靠近所述第二馈电点设置。

进一步的，所述第一辐射组件靠近接地分支的一端设有第三缝隙，所述接地分支上设有接地点，所述第三缝隙靠近所述接地点设置。

本实用新型采用的另一技术方案为：

一种移动终端，包括所述的紧凑型双频5gmimo天线系统。

进一步的，还包括pcb板，所述pcb板的形状为矩形，所述天线组件设置于所述pcb板的长边上。

本实用新型的有益效果在于：第一天线单元和第二天线单元共用一个接地分支，不仅可以提高第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度，并且使得天线组件的整体结构更加紧凑。第一辐射组件和第二辐射组件均包括两个对应设置的辐射分支，可以使天线组件同时覆盖3.4～3.6ghz和4.8～5.0ghz两个频段。本实用新型的天线系统，其结构简单，天线效率高，使用方便。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的移动终端的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的移动终端的另一结构示意图；

图3为图1中a处的放大结构示意图；

图4为本实用新型实施例一的天线组件的侧视图；

图5为图1所示天线系统的s参数图；

图6图1所示天线系统的总效率图；

图7为图1所示天线系统的包络相关系数(ecc)；

图8为4×4mimo天线系统的信道容量测试结果；

图9为本实用新型实施例一的第一天线单元工作在3.5ghz时的电流分布图；

图10为本实用新型实施例一的第二天线单元工作在3.5ghz时的电流分布图；

图11为本实用新型实施例一的第一天线单元工作在4.9ghz时的电流分布图；

图12为本实用新型实施例一的第二天线单元工作在4.9ghz时的电流分布图。

标号说明：

1、pcb板；2、天线组件；20、第一辐射分支；21、第二辐射分支；

22、接地分支；221、接地点；23、第一馈电分支；231、第一馈电点；

24、第三辐射分支；25、第四辐射分支；26、第二馈电分支；261、第二馈电点；27、天线支架；28、第一缝隙；29、第二缝隙；30、第三缝隙；3、微带线；4、接地板。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本实用新型最关键的构思在于：第一天线单元和第二天线单元共用一个接地分支，第一辐射组件和第二辐射组件均包括两个对应设置的辐射分支，天线组件结构紧凑且可同时覆盖3.4～3.6ghz和4.8～5.0ghz两个频段。

请参照图1至图4，一种紧凑型双频5gmimo天线系统，包括至少两个的天线组件2，所述天线组件2包括第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元包括第一辐射组件、第一馈电分支23和接地分支22，所述第一辐射组件包括第一辐射分支20和第二辐射分支21，所述第一辐射分支20与第二辐射分支21对应设置，所述第二天线单元包括第二辐射组件、第二馈电分支26和接地分支22，所述第二辐射组件包括第三辐射分支24和第四辐射分支25，所述第三辐射分支24与第四辐射分支25对应设置，所述接地分支22位于所述第一辐射组件和第二辐射组件之间，所述第一馈电分支23靠近所述第一辐射组件远离接地分支22的一端设置，所述第二馈电分支26靠近所述第二辐射组件远离接地分支22的一端设置。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：第一天线单元和第二天线单元共用一个接地分支，不仅可以提高第一天线单元和第二天线单元之间的隔离度，并且使得天线组件的整体结构更加紧凑。第一辐射组件和第二辐射组件均包括两个对应设置的辐射分支，可以使天线组件同时覆盖3.4～3.6ghz和4.8～5.0ghz两个频段。本实用新型的天线系统，其结构简单，天线效率高，使用方便。

进一步的，所述第一辐射组件和第二辐射组件相对于所述接地分支22对称设置。

进一步的，所述第一馈电分支23和第二馈电分支26相对于所述接地分支22对称设置。

由上述描述可知，第一辐射组件和第二辐射组件对称设置，第一馈电分支和第二馈电分支对称设置，可以使两个相邻天线单元(第一天线单元和第二天线单元)工作在相同频段；当然，根据天线组件的设置位置，可以分别调整第一馈电分支和第二馈电分支的长度，使得第一天线单元和第二天线单元工作在相同的频段且具有较好的隔离度，此时，第一馈电分支和第二馈电分支的长度不一定相同。

进一步的，所述第一辐射分支20、第三辐射分支24的形状均为倒u形，所述第二辐射分支21和第四辐射分支25的形状均为u形，所述第一馈电分支23和第二馈电分支26的形状均为长条形。

进一步的，第一辐射分支20、第二辐射分支21、第三辐射分支24、第四辐射分支25、第一馈电分支23和第二馈电分支26的形状均为弧形。

由上述描述可知，第一辐射分支、第二辐射分支、第三辐射分支和第四辐射分支的形状可以根据需要进行设置和调整。

进一步的，所述天线组件2还包括天线支架27，所述第一辐射组件、第二辐射组件、接地分支22、第一馈电分支23和第二馈电分支26均位于所述天线支架27的同一侧面上。

由上述描述可知，天线支架的材质可以是fr-4介质，也可以是lds天线的塑料支架。当为fr-4介质时，天线单元为pcb天线；当为塑料支架时，为fpc天线或为lds天线(lds天线需要适合镭雕化镀工艺的塑料支架)。

进一步的，所述第一辐射组件靠近第一馈电分支23的一端设有第一缝隙28，所述第一馈电分支23上设有第一馈电点231，所述第一缝隙28靠近所述第一馈电点231设置；所述第二辐射组件靠近第二馈电分支26的一端设有第二缝隙29，所述第二馈电分支26上设有第二馈电点261，所述第二缝隙29靠近所述第二馈电点261设置。

进一步的，所述第一辐射组件靠近接地分支22的一端设有第三缝隙30，所述接地分支22上设有接地点221，所述第三缝隙30靠近所述接地点221设置。

本实用新型采用的另一技术方案为：

一种移动终端，包括所述的紧凑型双频5gmimo天线系统。

由上述描述可知，所述紧凑型双频5gmimo天线系统有利于移动终端更灵活地配置多天线系统。

进一步的，还包括pcb板1，所述pcb板1的形状为矩形，所述天线组件2设置于所述pcb板1的长边上。

由上述描述可知，天线组件可以设置在长边的两端或者中部。

实施例一

请参照图1至图12，本实用新型的实施例一为：

一种移动终端，包括紧凑型双频5gmimo天线系统和pcb板1，所述pcb板1的形状为矩形，其尺寸为150mm×75mm×0.8mm。所述紧凑型双频5gmimo天线系统包括至少两个的天线组件2，所述天线组件2设置于所述pcb板1的长边上。本实施例中，移动终端可以是手机、平板等手持设备。如图1所示，所述天线组件2的数目为两个，两个的所述天线组件2相对于pcb板1的短边对称设置。如图2所示，所述天线组件2的数目为四个，当然还可以根据需要设置更多的天线组件2。本实施例中，在pcb板1的下方设有接地板4，pcb板1的材质可以为fr-4基板。

如图3和图4所示，所述天线组件2包括第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元包括第一辐射组件、第一馈电分支23和接地分支22，所述第一辐射组件包括第一辐射分支20和第二辐射分支21，所述第一辐射分支20与第二辐射分支21对应设置。所述第一辐射分支20的形状为倒u形，所述第二辐射分支21的形状为u形，第一辐射分支20和第二辐射分支21均由三个依次连接的长条形的辐射部组成，包括两个竖直部和一个水平部。所述第二天线单元包括第二辐射组件、第二馈电分支26和接地分支22，所述第二辐射组件包括第三辐射分支24和第四辐射分支25，所述第三辐射分支24与第四辐射分支25对应设置，所述第三辐射分支24的形状为倒u形，所述第四辐射分支25的形状为u形，第三辐射分支24和第四辐射分支25也均由三个依次连接的长条形辐射部组成，包括两个竖直部和一个水平部。所述接地分支22位于所述第一辐射组件和第二辐射组件之间，所述第一馈电分支23靠近所述第一辐射组件远离接地分支22的一端设置，所述第二馈电分支26靠近所述第二辐射组件远离接地分支22的一端设置。优选的，所述第一辐射组件和第二辐射组件相对于所述接地分支22对称设置，所述第一馈电分支23和第二馈电分支26也相对于所述接地分支22对称设置。本实施例中，所述第一馈电分支23和第二馈电分支26的形状均为长条形。第一馈电分支23可以设置在第一辐射组件的内侧，也可以在第一辐射组件的外侧，同理，第二馈电分支26可以设置在第二辐射组件的内侧，也可以设置在第二辐射组件的外侧，当设置在内侧时，天线组件2的整体结构更加紧凑。本实施例中，所述天线组件2还包括天线支架27，所述第一辐射组件、第二辐射组件、接地分支22、第一馈电分支23和第二馈电分支26均位于所述天线支架27的同一侧面上。所述第一辐射组件靠近第一馈电分支23的一端设有第一缝隙28，所述第一馈电分支23上设有第一馈电点231，所述第一缝隙28靠近所述第一馈电点231设置，第一缝隙28即为第一辐射分支20与第二辐射分支21之间的缝隙，为一水平缝隙。所述第二辐射组件靠近第二馈电分支26的一端设有第二缝隙29，所述第二馈电分支26上设有第二馈电点261，所述第二缝隙29靠近所述第二馈电点261设置，第二缝隙29即为第三辐射分支24与第四辐射分支25之间的缝隙，也为一水平缝隙。可以在pcb板1上设置微带线3(50欧姆)电连接第一馈电分支23和第二馈电分支26，也可以是同轴连接线，微带线3与馈电分支之间可以通过金属化过孔电气连接。所述第一辐射组件靠近接地分支22的一端设有第三缝隙30，所述接地分支22上设有接地点221，所述第三缝隙30靠近所述接地点221设置，第三缝隙30也为一水平缝隙，接地点221与金属接地板4之间可以通过金属化过孔电气连接。由于第一辐射组件和第二辐射组件相对于接地分支22对称设置，那么实际上在第二辐射组件靠近接地分支22的一端是设有第四缝隙的，第四缝隙和第三缝隙30相对于接地分支22也是对称设置的。

图5为图1中所示天线系统的s参数图，从图中可以看出，天线系统工作在3.4～3.6ghz时天线单元间的隔离度均优与17.5db，天线系统工作在4.8～5ghz时天线单元间隔离度均优于20db(由于mimo天线具有对称结构，所以只给出了必要的s参数)。

图6为图1中的天线系统的总效率图，图中的天线1即第一天线单元，天线2即第二天线单元，从图中可以看出，天线系统在3.4～3.6ghz工作时，总效率在55％～69％之间，天线系统在4.8～5.0ghz工作时，总效率在于55％～78％之间。

图7为图1中的天线系统的包络相关系数(ecc)，从图中可以看出，天线单元之间的ecc在两个工作频段上均小于0.15。

信道容量是衡量mimo天线系统的关键参数，在计算mimo天线的信道容量时，天线效率应该计入运算。这里假设接收端天线是非相关且无损的，提出的4单元mimo天线充当发射天线，即可构成一个4发4收(4×4)的mimo传输系统。假设发射功率分配策略为等功率分配，信道为独立同分布的瑞利衰落信道，信道状态信息未知，且接收信噪比(snr)为20db。图8给出了所提出的双频4×4mimo天线系统(两个天线组件)的信道容量，此结果是求10000个随机信道容量样本的期望得到的。从图中可以看出，此mimo天线系统在工作频段内可以实现15.5～18.3bps/hz的信道容量，而理想4×4mimo天线系统的信道容量为22bps/hz，所以所提出的mimo天线系统很适合在第五代移动通信的终端中使用。

为了更好地说明该天线组件的两个天线单元之间具有很好隔离度的原因，第一天线单元与第二天线单元工作在3.5ghz的电流分布图分别如图9和图10所示。从图中可以看出，第一天线单元激励时，电流主要集中在第一天线单元的第一馈电分支上部、第一辐射分支和接地分支上部上，很少的电流能够到达第二天线单元的第二馈电分支。第二天线单元激励时，同理。所以，本实施例的天线组件工作在低频时，第一天线单元与第二天线单元在距离很近的情况下，依旧具有很好的隔离度。

第一天线单元与第二天线单元工作在4.9ghz的电流分布图如图11和图12所示。从图中可以看出，第一天线单元激励时，电流主要集中在第一天线单元的第一馈电分支下部、第二辐射分支和接地分支下部上，很少的电流能够到达第二天线单元的馈电分支。当第二天线单元激励时，同理。所以，天线组件工作在高频时，第一天线单元与第二天线单元在距离很近的情况下，依旧具有很好的隔离度。

本实施例只对6ghz以下的工作在3.4～3.6ghz和4.8～5.0ghz频段的5gmimo进行了分析和描述，但是本实施例的天线设计原理也可以扩展到其它的5g工作频段以及其它的m×n(m和n为大于2的整数)的mimo天线系统中。同时，任何对本实施例描述的天线相关的变形都将在本案的保护范围之内。

实施例二

本实用新型的实施例二为一种移动终端，与实施例一的不同之处在于：

所述第一辐射分支、第二辐射分支、第三辐射分支、第四辐射分支、第一馈电分支和第二馈电分支的形状均为弧形，通过调整各个分支的弧度和长度等参数可以使天线系统工作在相应的工作频率范围。

综上所述，本实用新型提供的一种紧凑型双频5gmimo天线系统及移动终端，天线单元的结构简单，相邻天线单元之间的隔离度好，且天线效率高，可同时覆盖3.4～3.6ghz和4.8～5.0ghz两个频段，使用方便。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。