一种MIMO天线及移动通信设备

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种MIMO天线及移动通信设备。

背景技术

移动通信市场的发展对终端产品提出了越来越高的要求。随着功能模块的日益增多，对天线的性能要求提出了挑战，因此，必须在有限的空间环境内使天线的性能得到进一步提升。为此，研究人员研发出了MIMO(多进多出)天线技术，MIMO天线可以有效提升天线的性能，但MIMO天线本身的结构导致天线的数量较多。

而随着功能模块增加，也使得留给天线的空间环境越来越小，因此，开展多天线系统的耦合抑制研究变得十分重要。现有的MIMO去耦技术大多在天线之间添加缺陷地、中和线、寄生单元等结构来进行解耦，但添加额外结构来进行解耦，不仅会提高成本，也会增加占用空间的比重。因此，如何在较小的空间中，实现高隔离度的多天线系统一直存在巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MIMO天线及移动通信设备，以解决如何在较小的空间中，实现高隔离度的多天线系统的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种MIMO天线，所述MIMO天线包括介质板、接地板、至少两个单极天线和与所述单极天线数量一致的微带馈线，所述接地板和所述单极天线位于所述介质板的正面，所述微带馈线位于所述介质板的反面；所述接地板上开设有与所述单极天线数量一致的缝隙，所述单极天线一一对应设置于所述缝隙中，所述微带馈线在所述介质板上的垂直投影与所述单极天线在所述介质板上的垂直投影相交，所述缝隙、位于所述缝隙内的所述单极天线以及在所述介质板上投影与所述单极天线的投影相交的所述微带馈线构成一天线组。

可选的，在所述的MIMO天线中，所述缝隙和所述单极天线均呈轴对称图形，且所述缝隙的对称轴和所述单极天线的对称轴重合。

可选的，在所述的MIMO天线中，所述微带馈线在所述介质板上的垂直投影与所述单极天线在所述介质板上的垂直投影相垂直。

可选的，在所述的MIMO天线中，所有所述天线组中至少两组互呈90°设置。

可选的，在所述的MIMO天线中，所述缝隙包括相互连通的第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙呈椭圆形，所述第二缝隙呈细带型；所述单极天线包括相互连通的辐射部和带条部，所述辐射部设置于所述第一缝隙中，所述带条部设置于所述第二缝隙中。

可选的，在所述的MIMO天线中，所述微带馈线在所述介质板上的垂直投影与所述单极天线在所述介质板上的垂直投影的相交处位于所述带条部。

可选的，在所述的MIMO天线中，所有所述天线组中至少两组所述天线组的所述第二缝隙相互靠近设置，且所述第一缝隙相互远离设置，以使至少两组所述天线组互呈角度。

可选的，在所述的MIMO天线中，所述微带馈线包括相互连通的馈电部和连接部，所述馈电部呈圆形，所述连接部呈细带型；所述微带馈线在所述介质板上的垂直投影与所述单极天线在所述介质板上的垂直投影的相交处位于所述连接部靠近所述馈电部的一端。

可选的，在所述的MIMO天线中，所有所述天线组的尺寸大小和结构形状均一致。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种移动通信设备，所述移动通信设备包括如上任一种所述的MIMO天线。

本发明提供一种MIMO天线及移动通信设备，所述MIMO天线包括介质板、接地板、至少两个单极天线和与所述单极天线数量一致的微带馈线，所述接地板和所述单极天线位于所述介质板的正面，所述微带馈线位于所述介质板的反面；所述接地板上开设有与所述单极天线数量一致的缝隙，所述单极天线一一对应设置于所述缝隙中，所述微带馈线在所述介质板上的垂直投影与所述单极天线在所述介质板上的垂直投影相交，所述缝隙、位于所述缝隙内的所述单极天线以及在所述介质板上投影与所述单极天线的投影相交的所述微带馈线构成一天线组。通过在接地板上形成缝隙以形成缝隙天线，并在缝隙天线中设置单极天线，利用天线正交模式和极化分集的原理，使得在保证天线辐射性能的同时增加天线组之间的隔离度；此外，还通过在介质板背面设置微带馈线，用以对单极天线进行馈电，使得在不增加额外空间的同时，提高了天线的辐射性能。如此，解决了如何在较小的空间中，实现高隔离度的多天线系统的问题。

附图说明

图1为本实施例提供的MIMO天线的结构示意图；

图2为本实施例提供的MIMO天线的结构侧视图；

图3为本实施例提供的MIMO天线的仿真模拟结果；

图4为本实施例提供的MIMO天线的效率仿真模拟结果；

图5为本实施例提供的MIMO天线的隔离度仿真模拟结果；

其中，各附图标记说明如下：

100-介质板；200-接地板；210-缝隙；211-第一缝隙；212-第二缝隙；300-单极天线；301-辐射部；302-带条部；400-微带馈线；401-馈电部；402-连接部。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的MIMO天线及移动通信设备作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图说明中的“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，以便描述本发明的实施例，而不用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的结构在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实施例提供一种MIMO天线，如图1和图2所示，所述MIMO天线包括介质板100、接地板200、至少两个单极天线300和与所述单极天线300数量一致的微带馈线400，所述接地板200和所述单极天线300位于所述介质板100的正面，所述微带馈线400位于所述介质板100的反面；所述接地板200上开设有与所述单极天线300数量一致的缝隙210，所述单极天线300一一对应设置于所述缝隙210中，所述微带馈线400在所述介质板100上的垂直投影与所述单极天线300在所述介质板100上的垂直投影相交，所述缝隙210、位于所述缝隙210内的所述单极天线300以及在所述介质板100上的投影与所述单极天线300的投影相交的所述微带馈线400构成一天线组。

图1所示的MIMO天线，为包括两组天线组的MIMO天线。应当可以理解，在其他具体实施例中，MIMO天线也可包括三组、四组甚至多组本实施例所述的天线组，在不违背本发明主旨的前提下，其他MIMO天线也应当属于本发明保护的范围。

本实施例提供的MIMO天线，通过在接地板200上形成缝隙210以形成缝隙天线，并在缝隙210中设置单极天线300，利用天线正交模式和极化分集的原理，使得在保证天线辐射性能的同时增加天线组之间的隔离度；此外，还通过在介质板100背面设置微带馈线400，用以对单极天线300进行馈电，使得在不增加额外空间的同时，提高了天线的辐射性能。如此，解决了如何在较小的空间中，实现高隔离度的多天线系统的问题。

较佳的，所述缝隙210和所述单极天线300均呈轴对称图形，且所述缝隙210的对称轴和所述单极天线300的对称轴重合。发明人经模拟实验验证发现，当所述缝隙210和所述单极天线300均呈轴对称图形，且所述缝隙210的对称轴和所述单极天线300的对称轴重合时，MIMO天线的辐射性能最佳，能够展示出最好的耦合效率和收发性能。

在本实施例中，微带馈线400位于介质板100的反面，微带馈线400用以给单极天线300进行馈电，因此，微带馈线400至少有部分需与单极天线300在介质板100的投影上相交，以提高馈电效率。较佳的，所述微带馈线400在所述介质板100上的垂直投影与所述单极天线300在所述介质板100上的垂直投影相垂直。具体的，可以通过共面波导结构实现微带馈线400给单极天线300的馈电。

在本实施例所述的MIMO天线中，所有所述天线组中至少两组互呈90°设置。较佳的，所有所述天线组两两互呈90°设置。发明人经研究实验发现，将天线组呈90°设置时，天线组之间的隔离度最高，可以有效减小MIMO天线的面积；同时，由于天线组呈90°，使得天线组之间极化具有正交特性，能够有效提高天线的辐射性能。

以下，以图1所示的MIMO天线为例，具体说明本发明所提供的MIMO天线的实现方式。需说明的是，图1所示的MIMO天线结构仅为本发明中一种较佳的MIMO天线结构，本发明的保护范围不应当仅限于图1所示的结构，在不违背本发明主旨前提下的其他结构也应当属于本发明的保护范围。

请参见图1，本实施例所提供的MIMO天线，包括两组上述天线组。每一所述缝隙210和所述单极天线300均为轴对称图形，且对称轴重合。所述缝隙210包括相互连通的第一缝隙211和第二缝隙212，所述第一缝隙211呈椭圆形，所述第二缝隙212呈细带型；所述单极天线300包括相互连通的辐射部301和带条部302，所述辐射部301设置于所述第一缝隙211中，所述带条部302设置于所述第二缝隙212中。由于第一缝隙211和辐射部301的面积较大，作为天线辐射末端，能够使天线的辐射性能较佳；同时由于第二缝隙212和带条部302呈细长条型，使得电流能够集中快速地流入至辐射末端，降低了天线的延迟和损耗。

进一步的，在本实施例中，所述微带馈线400在所述介质板100上的垂直投影与所述单极天线300在所述介质板100上的垂直投影的相交处位于所述带条部302。如此一来，从微带馈线400发出的电流流经带条部302至辐射部301，不仅可以减小天线的面积，还能有效提高天线的辐射性能。

较佳的，所有所述天线组中至少两组所述天线组的所述第二缝隙212相互靠近设置，且所述第一缝隙211相互远离设置，以使至少两组所述天线组互呈角度。更佳的，在本实施例中，所述天线组互呈90°，并使第一缝隙211和辐射部301朝向外侧，如此便可以避免天线组之间的辐射干扰，提高天线整体的辐射性能；同时，由于第二缝隙212和带条部302相互靠近设置，使得微带馈线400也是相互靠近设置的，如此便可以使微带馈线400的走线布局较为密集，提高了电路布局的集成度。

在本实施例中，所述微带馈线400包括相互连通的馈电部401和连接部402，所述馈电部401呈圆形，所述连接部402呈细带型；所述微带馈线400在所述介质板100上的垂直投影与所述单极天线300在所述介质板100上的垂直投影的相交处位于所述连接部402靠近所述馈电部401的一端。具体的，连接部402用于与一电路主板连接，将电路主板输出的电流输送至馈电部401；馈电部401用于将输送的电流传输至单极天线300上。所述馈电部401呈圆形其目的和单极天线300的辐射部设计原理相同，能够有效提高天线的馈电效率。

从图1中可以看出，本实施例所提供的MIMO天线，其中所有所述天线组的尺寸大小和结构形状均一致。如此可以使天线各个方向的辐射效率一致。

在其他实施例中，天线组的尺寸大小和结构形状可以不同，且天线组之间的设置角度、方向也可不同；甚至，天线组中单极天线、缝隙天线的结构、形状、相互位置也可不同。具体的实现方式可以利用CST仿真进行仿真优化。需要注意的是，缝隙210的有效长度等于谐振波长的二分之一，单极天线300的有效长度为谐振波长的四分之一。

以下给出了本实施例提供的上述如图1所示的MIMO天线的仿真模拟结果。请参见图3，本实施例提供的MIMO天线在WiFi 5G工作频段内的S11<-6dB，满足终端天线的阻抗要求。继续参见图4，本实施例提供的MIMO天线在WiFi 5G工作频段(5.2GHz～5.8GHz)的天线效率在70％左右，具有良好的辐射特性。如图5所示，本实施例提供的MIMO天线由于缝隙切断了微带馈线在接地板上的电流，因而产生的电磁辐射，该辐射可以等效为沿着缝隙方向的磁流，这和单极天线的电流刚好产生了正交模式特性。因而具有良好的隔离度性能，相互之间的隔离度>20dB；同时由于单极天线位于缝隙之内，使得本方案可以在更小的空间实现需求。除此以外，两组天线之间90°放置，使得两组天线的极化具有正交特性。

此外，本实施例还提供一种移动通信设备，所述移动通信设备包括以上所述的MIMO天线。

综上所述，本实施例提供的MIMO天线及移动通信设备，所述MIMO天线包括介质板、接地板、至少两个单极天线和与所述单极天线数量一致的微带馈线，所述接地板和所述单极天线位于所述介质板的正面，所述微带馈线位于所述介质板的反面；所述接地板上开设有与所述单极天线数量一致的缝隙，所述单极天线一一对应设置于所述缝隙中，所述微带馈线在所述介质板上的垂直投影与所述单极天线在所述介质板上的垂直投影相交，所述缝隙、位于所述缝隙内的所述单极天线以及在所述介质板上投影与所述单极天线的投影相交的所述微带馈线构成一天线组。通过在接地板上形成缝隙以形成缝隙天线，并在缝隙天线中设置单极天线，利用天线正交模式和极化分集的原理，使得在保证天线辐射性能的同时增加天线组之间的隔离度；此外，还通过在介质板背面设置微带馈线，用以对单极天线进行馈电，使得在不增加额外空间的同时，提高了天线的辐射性能。如此，解决了如何在较小的空间中，实现高隔离度的多天线系统的问题。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。