CN214411510U - 基于耦合馈电的5g mimo天线系统及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于耦合馈电的5G MIMO天线系统及电子设备，包括边框和至少一组的天线单元组，天线单元组包括对称的两个天线单元，天线单元包括馈电耦合分支和辐射分支；馈电耦合分支设置于边框的内侧面上，辐射分支设置于边框的外侧面上；辐射分支与馈电耦合分支耦合。本实用新型可同时覆盖5G sub‑6的n77、n78和n79频段，且天线占用的设备空间小。

Description

基于耦合馈电的5G MIMO天线系统及电子设备

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于耦合馈电的5G MIMO天线系统及电子设备。

背景技术

随着5G智能手机的普及，天线技术的发展，5G主要向sub-6和毫米波两个方向发展，国内主要是用6GHz以下的带宽资源来发展5G，5G NR包含了部分LTE频段，也新增了一些频段(n50、n51、n70及以上)，和LTE同频的5G NR频段一般会采用频段复用的方式，新增的频段目前授权的有5G sub-6频段为n77、n78、n79，即3.3GHz-4.2GHz、4.4GHz-5.0GHz。

手机中的天线越来越多，留给手机的空间的高度也越来越少，常规的PIFA天线(平面倒F型天线)、Monopole天线(单极天线)都需要一定的天线高度，如果天线的高度太小，就会影响天线的辐射性能。

现有的5G手机天线设计都是利用一定高度的天线支架，在支架上设计5G天线，由于手机的空间和环境的因素，一个sub-6天线很难同时支持n77、n78和n79这么宽的带宽，所以一般情况就把这三个频段分成三个单独的天线，每个天线支持某一个频段。但这不仅增加了天线的数量，空间不足的时候天线之间的隔离度还是很大的问题，如果考虑MIMO的情况下，天线的空间和设计更是难上加难。或者直接放弃某一个频段，只支持国内的某一个频段，但这会给手机用户带来不好的用户体验。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种基于耦合馈电的5G MIMO天线系统及电子设备，可同时覆盖5G sub-6的n77、n78和n79频段，且天线占用的设备空间小。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于耦合馈电的5GMIMO天线系统，包括边框和至少一组的天线单元组，所述天线单元组包括对称的两个天线单元，所述天线单元包括馈电耦合分支和辐射分支；所述馈电耦合分支设置于所述边框的内侧面上，所述辐射分支设置于所述边框的外侧面上；所述辐射分支与所述馈电耦合分支耦合。

进一步地，还包括馈电点，所述馈电点与所述馈电耦合分支连接。

进一步地，还包括PCB板，所述PCB板设置于所述边框内，所述馈电点与所述PCB板电连接。

进一步地，所述辐射分支为辐射片，所述辐射片上设有缝隙，所述缝隙包括第一缝隙、第二缝隙和第三缝隙，所述第三缝隙与第一缝隙连接。

进一步地，所述馈电耦合分支在所述边框侧面上的投影与所述第一缝隙、第二缝隙和第三缝隙在所述边框侧面上的投影相交。

进一步地，所述第一缝隙、第二缝隙和第三缝隙的长度分别为其对应的谐振频率的一个波长长度。

进一步地，所述缝隙的宽度大于或等于1mm。

进一步地，所述天线单元的厚度为1mm。

进一步地，所述耦合分支为L型单极天线。

本实用新型还提出一种电子设备，包括如上所述的一种基于耦合馈电的5G MIMO天线系统。

本实用新型的有益效果在于：天线单元以单元组的形式成对组合，且成对称结果，可保证天线之间的隔离度良好；通过边框内侧面上的馈电耦合分支耦合馈电到边框外侧面上的辐射分支，激发辐射分支产生不同频段的谐振，可以同时覆盖5G sub-6的n77、n78和n79频段，满足天线工作的频段要求；不需要增加额外的开关，降低了成本；无需使用支架，节省了支架的成本；天线占用设备空间很小，且具有设计简单和使用方便的特点。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的5G MIMO天线系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的辐射分支的结构示意图；

图3为本实用新型实施例一的馈电耦合分支和辐射分支在边框侧面上的投影示意图；

图4为本实用新型实施例一的天线参数示意图；

图5为本实用新型实施例一的天线单元之间的隔离度示意图；

图6为本实用新型实施例一的天线效率随频率变化的曲线示意图。

标号说明：

1、边框；2、天线单元；3、馈电点；4、PCB板；

21、耦合馈电分支；22、辐射分支；

221、第一缝隙；222、第二缝隙；223、第三缝隙；

2211、第一缝隙分支；2212、第二缝隙分支；2213、第三缝隙分支；2214、第四缝隙分支；

2221、第五缝隙分支；2222、第六缝隙分支；2223、第七缝隙分支。

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详予说明。

请参阅图1，一种基于耦合馈电的5G MIMO天线系统，包括边框和至少一组的天线单元组，所述天线单元组包括对称的两个天线单元，所述天线单元包括馈电耦合分支和辐射分支；所述馈电耦合分支设置于所述边框的内侧面上，所述辐射分支设置于所述边框的外侧面上；所述辐射分支与所述馈电耦合分支耦合。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：天线单元以单元组的形式成对组合，且成对称结果，可保证天线之间的隔离度良好；通过耦合馈电的方式，激发辐射分支产生不同频段的谐振，可以同时覆盖5G sub-6的n77、n78和n79频段，满足天线工作的频段要求；无需使用支架，节省了支架的成本；天线占用设备空间很小，且具有设计简单和使用方便的特点。

进一步地，还包括馈电点，所述馈电点与所述馈电耦合分支连接。

进一步地，还包括PCB板，所述PCB板设置于所述边框内，所述馈电点与所述PCB板电连接。

进一步地，所述辐射分支为辐射片，所述辐射片上设有缝隙，所述缝隙包括第一缝隙、第二缝隙和第三缝隙，所述第三缝隙与第一缝隙连接。

进一步地，所述馈电耦合分支在所述边框侧面上的投影与所述第一缝隙、第二缝隙和第三缝隙在所述边框侧面上的投影相交。

由上述描述可知，可增加耦合。

进一步地，所述第一缝隙、第二缝隙和第三缝隙的长度分别为其对应的谐振频率的一个波长长度。

进一步地，所述缝隙的宽度大于或等于1mm。

由上述描述可知，为了保证天线的带宽，缝隙宽度至少为1mm。

进一步地，所述天线单元的厚度为1mm。

由上述描述可知，天线厚度小，可以放在设备侧面的任何位置。

进一步地，所述耦合分支为L型单极天线。

本实用新型还提出一种电子设备，包括如上所述的一种基于耦合馈电的5G MIMO天线系统。

实施例一

请参照图1-6，本实用新型的实施例一为：一种基于耦合馈电的5G MIMO天线系统，可应用于智能终端设备，如1所示，包括边框1和至少一组的天线单元组，每个天线单元组包括对称设置的两个天线单元2。本实施例中设置四组天线单元组，即八个天线单元，实现8*8的5G MIMO天线。图1中，位于设备同一侧的相邻且对称的两个天线单元为一个天线单元组。每个天线单元2包括馈电耦合分支21和辐射分支22，所述馈电耦合分支21设置于所述边框1的内侧面上，所述辐射分支22设置于所述边框1的外侧面上。

其中，边框的内侧面相当于馈电面，外侧面相当于辐射面。辐射分支是单独独立的，不与馈电耦合分支连接，通过馈电耦合分支的激励馈电，从而产生信号。

优选地，本实施例中，所述耦合分支为L型单极天线。

如图2所示，所述辐射分支22为辐射片，所述辐射片上设有缝隙，所述缝隙包括第一缝隙221、第二缝隙222和第三缝隙223，所述第三缝隙223与第一缝隙221连接。

进一步地，所述第一缝隙221包括依次连接的第一缝隙分支2211、第二缝隙分支2212、第三缝隙分支2213和第四缝隙分支2214；所述第二缝隙222包括依次连接的第五缝隙分支2221、第六缝隙分支2222和第七缝隙分支2223；所述第三缝隙223与所述第一缝隙分支2211连接。

本实施例中，所述第一缝隙呈带缺口的口字形；所述第二缝隙呈η形；所述第三缝隙与所述第一缝隙分支垂直。所述第一缝隙环绕所述第二缝隙。

进一步地，如图3所示，还包括馈电点3，所述馈电点与所述馈电耦合分支21连接。如图1所示，还包括PCB板4，所述PCB板4设置于所述边框1内，所述馈电点与所述PCB板电连接。具体地，馈电点的一端与馈电耦合分支连接，另一端通过连接件与PCB板上的射频信号源连接，所述连接件为金属弹片或pogo pin(天线顶针)。

本实施例通过馈电面的馈电耦合分支耦合馈电到辐射面的辐射分支上，从而产生谐振，并且通过同一馈线激励起两个不同的分支，其中间会产生一个电容，从而产生的高次模一起组成满足要求的频带宽度。

如图3所示，所述馈电耦合分支21在所述边框1侧面上的投影与所述第一缝隙221、第二缝隙222和第三缝隙223在所述边框1侧面上的投影相交。即三个缝隙都要和馈电耦合分支有重合的部分，可增加耦合。

本实施例同时支持当前国内常用的sub-6频段，即支持3.3GHz-4.2GHz、4.4GHz-5.0GHz。其中，第一缝隙和第二缝隙是两个独立存在的缝隙，这两个缝隙组合一起可以拓宽3.3GHz-3.8GHz的带宽，第三缝隙受激励产生4.4GHz-5GHz谐振，每个缝隙的长度约为谐振频率的一个波长长度，改变缝隙长度可以使谐振左右偏移。耦合馈电分支的初始状态是处于整个辐射分支的中间位置，通过改变耦合分支的位置可以改变带宽也可使谐振左右偏移。为了保证天线的带宽，缝隙的宽度至少为1mm。

本实施例中，整个设备的尺寸为160mm*80mm*8mm，设有8*8的5G MIMO天线，每个天线单元是一个1mm厚的片状结构，使用的面积为25mm*8mm*1mm，呈线性排列在设备边框的两个侧面。图4为本实施例的5G MIMO天线系统的S参数图，从图中可以看出，3.4GHz-3.6GHz天线的S11在-5dB以下，4.8GHz-5GHz天线的S11在-6dB以下。图5为天线单元之间的隔离度示意图，从图中可以看出，天线间隔离度很好，都在-13dB以下。图6为天线效率随频率变化的曲线示意图，从图中可以看出，天线平均效率都在-3dB之上。

本实施例通过耦合馈电的方式，激发辐射面的天线分支产生不同频段的谐振，满足天线工作的频段要求，可以同时覆盖5G sub-6的n77、n78和n79频段，不需要增加额外的开关，降低了成本；不需要塑料支架，节省了支架的成本。天线高度只有1mm，可以放在侧面的任何位置；天线占用设备空间很小，且具有设计简单和使用方便的特点。

综上所述，本实用新型提供的一种基于耦合馈电的5G MIMO天线系统及电子设备，天线单元以单元组的形式成对组合，且成对称结果，可保证天线之间的隔离度良好；通过边框内侧面上的馈电耦合分支耦合馈电到边框外侧面上的辐射分支，激发辐射分支产生不同频段的谐振，可以同时覆盖5G sub-6的n77、n78和n79频段，满足天线工作的频段要求；不需要增加额外的开关，降低了成本；无需使用支架，节省了支架的成本；天线占用设备空间很小，且具有设计简单和使用方便的特点。

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。

Claims (10)

1.基于耦合馈电的5G MIMO天线系统，其特征在于，包括边框和至少一组的天线单元组，所述天线单元组包括对称的两个天线单元，所述天线单元包括馈电耦合分支和辐射分支；所述馈电耦合分支设置于所述边框的内侧面上，所述辐射分支设置于所述边框的外侧面上；所述辐射分支与所述馈电耦合分支耦合。

2.根据权利要求1所述的基于耦合馈电的5G MIMO天线系统，其特征在于，还包括馈电点，所述馈电点与所述馈电耦合分支连接。

3.根据权利要求2所述的基于耦合馈电的5G MIMO天线系统，其特征在于，还包括PCB板，所述PCB板设置于所述边框内，所述馈电点与所述PCB板电连接。

4.根据权利要求1所述的基于耦合馈电的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述辐射分支为辐射片，所述辐射片上设有缝隙，所述缝隙包括第一缝隙、第二缝隙和第三缝隙，所述第三缝隙与第一缝隙连接。

5.根据权利要求4所述的基于耦合馈电的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述馈电耦合分支在所述边框侧面上的投影与所述第一缝隙、第二缝隙和第三缝隙在所述边框侧面上的投影相交。

6.根据权利要求4所述的基于耦合馈电的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述第一缝隙、第二缝隙和第三缝隙的长度分别为其对应的谐振频率的一个波长长度。

7.根据权利要求4所述的基于耦合馈电的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述缝隙的宽度大于或等于1mm。

8.根据权利要求1所述的基于耦合馈电的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述天线单元的厚度为1mm。

9.根据权利要求1所述的基于耦合馈电的5G MIMO天线系统，其特征在于，所述耦合分支为L型单极天线。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的一种基于耦合馈电的5G MIMO天线系统。

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