一种电容解耦的宽带5G MIMO手机天线制造技术

一种电容解耦的宽带5G MIMO手机天线，包括：金属地板、金属边框和一组及以上的集成双天线组件。所述金属地板边缘开有一个及以上的地板缝隙，地板缝隙中安装有集成双天线组件，符合一一对应关系；所述金属边框为闭合连接结构，并开有偶数个边框缝隙，每组集成双天线组件对应2个所述边框缝隙；所述集成双天线组件包含有第一馈电枝节、第二馈电枝节和解耦组件；所述解耦组件可以为集总电容或者分布式电容。本发明专利技术通过电容解耦技术设计的5G MIMO天线具有宽带、高效率、尺寸小、净空低、金属边框兼容和双天线集成等优势，适用于以手机为代表的各种小型移动终端天线。

A Capacitance Decoupled Broadband 5G MIMO Mobile Antenna

【技术实现步骤摘要】
一种电容解耦的宽带5GMIMO手机天线
本专利技术属于天线
，涉及一种MIMO天线，特别涉及一种电容解耦的宽带5GMIMO手机天线。
技术介绍
随着移动用户数据量的爆炸式增长，人们对移动通信的速率、容量和时延都提出了更高的要求。第五代(5G)移动通信系统开始通过更多的天线(MIMO技术)或更宽的带宽(毫米波技术)来进一步提升移动通信系统的吞吐量。目前，在手机等移动终端设备中部署8个左右5G低频段的MIMO天线已经成为了业界的主流方案。在2019年4月发布的15.5.0版5G无线规范中，国际3GPP组织将全球通用5G低频段从6GHz以下(Sub-6GHz)提升到了7.125GHz以下。随着移动终端设备对轻薄化、全面屏和金属边框的追求，极低的净空、复杂的电磁环境和宽带需求给5GMIMO天线的设计带来了空前的挑战。目前，主流的5GMIMO手机天线的技术方案面临带宽窄、金属边框不兼容且天线部署位置较多等问题。例如专利[CN108493600A]的带宽仅能覆盖3.4～3.6GHz，不能应用于金属边框环境，且8个天线需要部署在8个位置；专利[CN108565544A]将带宽提升至3.3～5GHz，但依然不能应用于金属边框环境，且需要部署8个位置。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于设计一种宽带(可以覆盖3.3～7GHz)、尺寸小、净空低、金属边框兼容且双天线集成的5GMIMO手机天线，通过电容解耦技术在宽带内消除2个集成天线单元之间的耦合，构成集成双天线组件，只需部署4个所述的集成双天线组件即可实现8单元5GMIMO系统，大大提升天线部署的空间利用率。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种电容解耦的宽带5GMIMO手机天线，包括：金属地板1，其边缘开有N个地板缝隙1a；所述金属地板1上方覆盖有介质基板；金属边框2，为四面闭合连接结构，其底边与金属地板1的边缘相连接，金属边框2上开有2N个边框缝隙3，第一边框缝隙3a和第二边框缝隙3b组成一对边框缝隙3，第一边框缝隙3a和第二边框缝隙3b对称地分布于一个地板缝隙1a的两端；N组集成双天线组件4，每组集成双天线组件4对应分布于一个地板缝隙1a中，所述集成双天线组件4包含有第一馈电枝节4a、第二馈电枝节4b和解耦组件5，解耦组件5设置在第一馈电枝节4a、第二馈电枝节4b之间。所述每组集成双天线组件4包含有2个天线单元，但不具有正交模式特性，分别通过第一馈电枝节4a和第二馈电枝节4b进行馈电，其中，第一馈电枝节4a和第二馈电枝节4b分别由第一馈电端口6a和第二馈电端口6b激励。所述第一馈电端口6a和第二馈电端口6b共模及差模激励时的有源阻抗匹配，形成了解耦组件5的解耦机理。在不设解耦组件5的情况下，集成双天线组件4的2个天线单元之间具有较强的耦合，无法实现隔离。所述第一馈电枝节4a与第一馈电端口6a之间以及第二馈电枝节4b与第二馈电端口6b之间设有匹配元件，也可以不设匹配元件。所述第一馈电枝节4a和第二馈电枝节4b通过直接馈电或耦合馈电方式将金属边框2激励起来，金属边框2作为所述集成双天线组件4的主要辐射体。所述第一馈电枝节4a和第二馈电枝节4b为矩形，与金属边框2直接连接；或者所述第一馈电枝节4a和第二馈电枝节4b为“┌”或“┐”型，与金属边框2设有间距。所述解耦组件5安装在集成双天线组件4的中心位置，包含集总电容或分布式电容。所述解耦组件5包含集总电容时，每个解耦组件5由一个集总电容5a组成，集总电容5a一端与金属边框2连接，另一端与金属地板1连接，具有宽带解耦特性。所述解耦组件5包含分布式电容时，每个解耦组件5由一个T型枝节组成，所述T型枝节包含有水平枝节5b与垂直枝节5c，垂直枝节5c一端与金属地板1连接，另一端与水平枝节5b中央位置连接，水平枝节5b与金属边框2平行，且二者之间设有间距，构成等效的分布式电容。所述金属地板1为矩形，地板缝隙1a开在其长边边缘。其中，解耦组件5的工作原理为：根据S参数变换公式，天线单元1和天线单元2之间的解耦可以等效为第一和第二馈电端口6a与6b共模及差模激励时的有源阻抗匹配；当第一和第二馈电端口6a与6b差模激励时，激励起半波长谐振的偶极子天线模式；当第一和第二馈电端口6a与6b共模激励时，激励起四分之一波长谐振的单极子天线模式；为了使共模与差模结构具有相同的阻抗特性，需要在集成双天线组件的中心串联电容。与现有技术相比，本专利技术的解耦组件5通过简单的集总或分布式电容可以实现集成双天线组件4中天线单元1和天线单元2之间的宽带解耦，从而实现具有小尺寸、宽带、金属边框兼容特性的集成双天线系统，适用于以手机为代表的各种小型移动终端的5GMIMO天线。附图说明图1为本专利技术的三维结构示意图。图2为将金属边框展开后的天线平面示意图。图3为实施例一的集成双天线组件示意图。图4为实施例二的集成双天线组件示意图。图5为实施例三的集成双天线组件示意图。图6为实施例一集成双天线组件设有解耦组件(5)与不设解耦组件(5)的传输系数仿真结果对比图。图7为解耦组件的工作原理示意图，包括(a)不设解耦组件且差模激励时的有源反射系数；(b)不设解耦组件且共模激励时的有源反射系数；(c)设有解耦组件且差模激励时的有源反射系数；(d)设有解耦组件且共模激励时的有源反射系数；图8为实施例一集成双天线组件的反射系数仿真结果。图9为实施例一集成双天线组件的天线效率仿真结果。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。本专利技术为一种电容解耦的宽带5GMIMO手机天线。根据设计示意，给出了三个集成双天线组件的具体实施例，下面结合附图予以说明：如图1所示为本专利技术的三维结构示意图，如图2所示为将图1中金属边框2展开后的平面示意图。结合图1和图2，一种8单元5GMIMO天线，其包含有：金属地板1，其长边对称地开有4个地板缝隙1a，其上方覆盖有介质基板；四面闭合连接的金属边框2，其上开有8个边框缝隙3；4组集成双天线组件4，其包含有第一和第二馈电枝节4a和4b以及解耦组件5。如图3为实施例一的集成双天线组件示意图，其包含有：第一和第二馈电枝节4a和4b、集总电容5a以及第一和第二馈电端口6a和6b。进一步地，所述第一馈电枝节4a和第二馈电枝节4b为矩形，与金属边框2直接连接。进一步地，所述第一和第二馈电枝节4a和4b通过直接馈电方式将金属边框2激励起来，金属边框2作为所述集成双天线组件4的主要辐射体。进一步地，所述集总电容5a一端与金属边框2连接，另一端与金属地板1连接。如图4为实施例二的集成双天线组件示意图，其包含有：第一和第二馈电枝节4a和4b、集总电容5a以及第一和第二馈电端口6a和6b。进一步地，所述第一馈电枝节4a和第二馈电枝节4b分别为“┌”与“┐”型，与金属边框2设有间距。进一步地，所述第一和第二馈电枝节4a和4b通过耦合馈电方式将金属边框2激励起来，金属边框2作为所述集成双天线组件4的主要辐射体。进一步地，所述集总电容5a一端与金属边框2连接，另一端与金属地板1连接。如图5为实施例三的集成双天线组件示意图，其包含有：第一和第二馈电枝节4a和4b、T型解耦枝节5以及第一和第二馈电端口6a和6b。进一步地，所述第一馈电枝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容解耦的宽带5G MIMO手机天线，其特征在于，包括：金属地板(1)，其边缘开有N个地板缝隙(1a)；所述金属地板(1)上方覆盖有介质基板；金属边框(2)，为四面闭合连接结构，其底边与金属地板(1)的边缘相连接，金属边框(2)上开有2N个边框缝隙(3)，第一边框缝隙(3a)和第二边框缝隙(3b)组成一对边框缝隙(3)，第一边框缝隙(3a)和第二边框缝隙(3b)对称地分布于一个地板缝隙(1a)的两端；N组集成双天线组件(4)，每组集成双天线组件(4)对应分布于一个地板缝隙(1a)中，所述集成双天线组件(4)包含有第一馈电枝节(4a)、第二馈电枝节(4b)和解耦组件(5)，解耦组件(5)设置在第一馈电枝节(4a)、第二馈电枝节(4b)之间。

【技术特征摘要】
1.一种电容解耦的宽带5GMIMO手机天线，其特征在于，包括：金属地板(1)，其边缘开有N个地板缝隙(1a)；所述金属地板(1)上方覆盖有介质基板；金属边框(2)，为四面闭合连接结构，其底边与金属地板(1)的边缘相连接，金属边框(2)上开有2N个边框缝隙(3)，第一边框缝隙(3a)和第二边框缝隙(3b)组成一对边框缝隙(3)，第一边框缝隙(3a)和第二边框缝隙(3b)对称地分布于一个地板缝隙(1a)的两端；N组集成双天线组件(4)，每组集成双天线组件(4)对应分布于一个地板缝隙(1a)中，所述集成双天线组件(4)包含有第一馈电枝节(4a)、第二馈电枝节(4b)和解耦组件(5)，解耦组件(5)设置在第一馈电枝节(4a)、第二馈电枝节(4b)之间。2.根据权利要求1所述电容解耦的宽带5GMIMO手机天线，其特征在于，所述每组集成双天线组件(4)包含有2个天线单元，分别通过第一馈电枝节(4a)和第二馈电枝节(4b)进行馈电，其中，第一馈电枝节(4a)和第二馈电枝节(4b)分别由第一馈电端口(6a)和第二馈电端口(6b)激励。3.根据权利要求2所述电容解耦的宽带5GMIMO手机天线，其特征在于，所述第一馈电端口(6a)和第二馈电端口(6b)共模及差模激励时的有源阻抗匹配，形成了解耦组件(5)的解耦机理。4.根据权利要求2所述电容解耦的宽带5GMIMO手机天线，其特征在于，所述第一馈电枝节(4a)与第一馈电端口(6a)之间以及第二馈电枝节(4b)与第二馈电端口(6b)之间设有匹配元件。5.根据权利要求1或2或...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙利滨，李越，张志军，冯正和，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11