用于移動終端的寬頻帶四天線系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】用于移動終端的寬頻帶四天線系統(tǒng)屬于移動終端多天線設計領域，其特征在于，四天線系統(tǒng)的四個輻射天線單元分別位于主介質板的四個角上，輻射天線單元使用激勵分枝和寄生分枝產生雙諧振擴展天線頻帶，使用多條去耦線和折疊T形槽結構減小四個輻射天線單元之間的耦合，且減小去耦結構在多天線系統(tǒng)中的占用面積，具有寬頻帶內低回波損耗、寬頻帶內低互耦以及小尺寸的優(yōu)點，適用于小尺寸移動終端的四天線系統(tǒng)結構。
【專利說明】用于移動終端的寬頻帶四天線系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于移動終端多天線設計領域，涉及一種在寬頻帶內具有低回波損耗、低互耦特性的四天線系統(tǒng)，適用于在小型移動終端上實現(xiàn)多輸入多輸出通信技術。
【背景技術】
[0002]為了滿足人們對更高生活水平和更高生活質量的需求，移動通信運營商需要給用戶提供更高的數(shù)據(jù)率和更穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸服務。因此，移動通信正逐步從第三代移動通信(the third generation, 3G)時代向以 LTE (Long Term Evolution,長期演進)為標志的第四代移動通信(the fourth generation,4G)時代邁進。目前，MIMO (Multiple-1nputMultiple-Output，多輸入多輸出)技術已經被認為是發(fā)展LTE和4G的關鍵技術之一，其是4G實現(xiàn)更高數(shù)據(jù)率傳輸和更穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵?。MMO技術就是在移動通信的收發(fā)端分別安裝多個天線，其在不增加發(fā)射功率和頻譜使用的條件下，利用多個天線提供的并行子信道來增加系統(tǒng)容量、提高通信質量，從而實現(xiàn)更高數(shù)據(jù)率傳輸和更穩(wěn)定數(shù)據(jù)率傳輸?shù)哪繕?。因MMO技術不增加發(fā)射功率和頻譜使用，其不僅僅克服日益緊缺的頻譜資源問題，也滿足人們對低功耗、綠色通信的需求，因此被認為是現(xiàn)代通信史上最重大的技術突破之一。
[0003]如果在移動通信系統(tǒng)的移動終端上安裝多個天線，需要這些天線在較低回波損耗的條件下，天線之間具有較低的互耦。但是，由于移動終端空間有限，使移動終端留給天線設計的體積非常小，多個天線之間的距離非常近，使多個天線很難同時滿足低回波損耗和低互耦的要求。雖然移動終端的多天線設計已經成為國內外學者研究的熱點，但是在移動終端中設計出性能優(yōu)越的多天線系統(tǒng)依然是一個世界性的難題。此外，在未來的移動通信系統(tǒng)中，2G/3G/4G將長期共存，多模多頻移動終端是必然的發(fā)展趨勢，因此設計出寬頻帶的多天線系統(tǒng)具有極大的實際應用價值。
[0004]通過對現(xiàn)有技術文獻和專利檢索發(fā)現(xiàn)，同時滿足較好阻抗匹配和較低互耦的多天線系統(tǒng)多數(shù)為雙天線系統(tǒng)。這些雙天線系統(tǒng)包括:工作在2.4-GHz、2.4/5.2_GHz、
2.4/5.2/5.8-GHz WLAN頻段的單頻帶或者雙頻帶雙天線系統(tǒng)；工作在2.4GHz到4.2GHz頻段范圍內的寬頻帶雙天線系統(tǒng)，此雙天線系統(tǒng)可以應用到2.4-GHz WLAN和2.5/3.5-GHzWiMAX通信系統(tǒng)；工作在2.4GHz到6.55GHz頻段范圍內的寬頻帶雙天線系統(tǒng)，此雙天線系統(tǒng)可以應用到 2.4/5.2/5.8-GHz WLAN 和 2.5/3.5/5.5-GHz WiMAX 通信系統(tǒng)；工作在 UMTS頻段的單頻帶雙天線系統(tǒng)；工作在UMTS和2.4-GHz WLAN頻段的雙頻帶雙天線系統(tǒng)；工作于GSM1900和UMTS頻帶的雙頻帶雙天線系統(tǒng)；工作在GSM1800/GSM1900/UMTS/LTE2300/LTE2500/2.4GHz WLAN頻帶的寬頻帶雙天線系統(tǒng)。
[0005]在未來的第四代移動通信系統(tǒng)中，4X4的MMO系統(tǒng)將會得到較大應用。因此，需要在移動終端中安裝四個天線。為了能在移動終端上安裝四個天線，需要每個天線的尺寸在進一步減小的同時，各個天線之間的互耦仍然很小。因此，移動終端四天線系統(tǒng)的設計比移動終端雙天線系統(tǒng)的設計具有更大的難度，僅有較少的文獻和專利涉及。專利[CN101030672A]提出了一款四天線系統(tǒng)，其在UMTS頻段內的回波損耗低于-10dB、互耦小于-11.5dB。但是，此四天線系統(tǒng)的工作頻段，只能滿足UMTS頻帶的應用，不能同時覆蓋2G/3G/4G頻帶，即不具備多模多頻工作特性。為了設計出可以同時覆蓋2G/3G/4G頻帶的移動終端四天線系統(tǒng)，且同時滿足結構緊湊、小尺寸的需求，本發(fā)明在專利[CN103151607A]的基礎上，提出一款四天線系統(tǒng)，其在 GSM1800/GSM1900/UMTS/LTE2300/LTE2500/2.4GHzWLAN頻帶內的回波損耗小于-10dB、互耦小于-15dB，可以同時覆蓋2G/3G/4G頻帶，具備多模多頻工作特性。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是為第四代移動通信系統(tǒng)設計出一款寬頻帶四天線系統(tǒng)，此四天線系統(tǒng)可以在寬頻帶/多頻帶內具有較低的回波損耗和較低的互耦，其克服了目前移動終端四天線系統(tǒng)工作頻段限制的不足。
[0007]本發(fā)明所述的用于移動終端的寬頻帶四天線系統(tǒng)，其特征在于，含有:介質板
(I)、金屬地(2)、輻射天線單元(3)、微帶饋線(4)、去耦線(5)和折疊T形槽(6)，其中:
[0008]介質板(1)，呈矩形，共三塊，分別為:主介質板(11)、垂直連接于所述主介質板
(II)正面右側的右側介質板(12)以及垂直連接于所述主介質板(11)正面左側的左側介質板(13)，所述右側介質板(12)的底面和外側面分別有金屬涂層(121)和金屬涂層(122)，所述左側介質板(13)的底面和外側面分別有金屬涂層(131)和金屬涂層(132)；
[0009]輻射天線單元(3)，共四個，分別為:位于所述主介質板(11)右上角的輻射天線單元(31)、位于所述主介質板(11)左上角的輻射天線單元(32)、位于所述主介質板(11)左下角的輻射天線單元(33)和位于所述主介質板(11)右下角的輻射天線單元(34)，四個輻射天線單元(31、32、33、34)均沿所述主介質板(11)的縱軸方向上下對稱分布，其中:
[0010]右上角輻射天線單元(31)，由位于所述主介質板(11)正面右上角的“C”形激勵分枝(311)和位于所述主介質板(11)背面對應位置的“C”形寄生分枝(312)構成；
[0011]左上角輻射天線單元(32)的激勵分枝(321)和寄生分枝(322)、左下角輻射天線單元(33)的激勵分枝(331)和寄生分枝(332)以及右下角輻射天線單元(34)的激勵分枝(341)和寄生分枝(342)分別按照相同的方式構成；
[0012]各所述激勵分枝(311、321、331、341)和寄生分枝(312、322、332、342)用于產生諧振，實現(xiàn)在寬頻帶內的低回波損耗；
[0013]金屬地(2)，用于模擬移動通信系統(tǒng)的移動終端中除天線外的其它金屬部分，四個輻射天線單元(31、32、33、34)的寄生分枝(312、322、332、342)的末端與金屬地(2)相連；
[0014]微帶饋線(4)，共四條，由第一微帶饋線(41)、第二微帶饋線(42)、第三微帶饋線
(43)和第四微帶饋線(44)共同構成，位于所述主介質板(11)的正面、依次與所述輻射天線單元(31、32、33、34)的四個激勵分枝(311、321、331、341)的末端相連，進行饋電；
[0015]去耦線(5)，共六條，由第一去耦線(51)、第二去耦線(52)、第三去耦線(53)、第四去耦線(54)、第五去耦線(55)和第六去耦線(56)共同構成，其中:
[0016]第一去耦線(51 )，位于所述主介質板(11)的正面上方，用于連接右上角輻射天線單元(31)的激勵分枝(311)的末端和左上角輻射天線單元(32)的激勵分枝(321)的末端；
[0017]第二去耦線(52)，位于所述主介質板(11)的正面上方，呈“ π ”形，用于連接右上角輻射天線單元(31)的激勵分枝(311)的末端沿水平方向的分枝邊和左上角輻射天線單元(32)的激勵分枝(321)的相同位置；
[0018]第三去耦線(53)，位于所述主介質板(11)的正面上方，內接于右上角輻射天線單元(31)的激勵分枝(311)的垂直邊和右上角輻射天線單元(32)的激勵分枝(321)的垂直邊；
[0019]所述第一去耦線(51)、第二去耦線(52)和第三去耦線(53)用于減小位于所述主介質板(11)右上角的輻射天線單元(31)和位于所述主介質板(11)左上角的輻射天線單元
(32)之間的耦合；
[0020]第四耦合線(54)、第五去耦線(55)和第六去耦線(56)均位于所述主介質板(11)的正面下方，連接方式依次與所述第一去耦線(51)、第二去耦線(52)和第三去耦線(53)相同，用于減小位于所述主介質板(11)左下角的輻射天線單元(33)和位于所述主介質板(11)右下角的輻射天線單元(34 )之間的耦合；
[0021]折疊“T”形槽(6)，是一種垂直槽和水平槽相互垂直的“T”形槽，共兩個，其中:兩個折疊“T”形槽的垂直方向的槽(612、622)分別垂直貫通到與所述右側介質板(12)、左側介質板(13)相垂直的所述主介質板(11)的縱向上左、右兩側，兩個折疊“T”形槽的水平方向的槽(611、621)沿縱向貫通地開在所述主介質板(11)的縱向左、右兩側，用于減小位于所述主介質板(11)上面兩對所述輻射天線單元(31、32 )和位于所述主介質板(11)下面兩對所述輻射天線單元(33、34)之間的耦合，同時也減小了所述折疊“T”形槽(6)在所述主介質板(11)上的占用面積。
[0022]本發(fā)明對比已有技術具有以下顯著優(yōu)點:
[0023]1.本發(fā)明提出的用于移動終端的寬頻帶四天線系統(tǒng)，其四個輻射天線單元在很寬的頻帶內都具有較低的回波損耗和較低的互耦；
[0024]2.本發(fā)明提出的四天線系統(tǒng)結構緊湊、尺寸較小，適用于移動終端特別是小尺寸移動終端的多天線結構特點；
[0025]3.本發(fā)明提出的折疊“T”形槽(6)，用于減小位于所述主介質板(11)上面兩對所述輻射天線單元(31、32 )和位于所述主介質板(11)下面兩對所述輻射天線單元(33、34 )之間的耦合，同時也減小了所述折疊“T”形槽(6)在所述主介質板(11)上的占用面積。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明提供的一種用于移動終端的寬頻帶四天線系統(tǒng)的三維圖。
[0027]圖2為圖1的A向視圖即俯視圖，包括主介質板(11)上的四條微帶饋線41、42、43和44，四天線系統(tǒng)的四個輻射天線單元(31、32、33、34)的四個激勵分枝311、321、331和341，六條去耦線 51、52、53、54、55 和 56。
[0028]圖3為圖1的B向視圖即后向視圖，包括主介質板(11)上四天線系統(tǒng)的四個輻射天線單元(31、32、33、34)的四個寄生分枝312、322、332和342，右側介質板(12)底面上的金屬涂層121，左側介質板(13)底面上的金屬涂層131，金屬地2，位于所述主介質板(11)右側折疊“T”形槽(61)水平方向上的槽611，位于所述主介質板(11)左側折疊“T”形槽(62)水平方向上的槽621。
[0029]圖4為圖1的C向視圖即左向視圖，包括右側介質板(12)外側面上的金屬涂層122，位于所述主介質板(11)右側折疊“T”形槽(61)垂直方向上的槽612。[0030]圖5為圖1的D向視圖即右向視圖，包括左側介質板(13)外層面上的金屬涂層132，位于所述主介質板(11)左側折疊“T”形槽(62)垂直方向上的槽622。
[0031]圖6為圖1中印刷在主介質板正面的四天線系統(tǒng)的詳細金屬結構圖和實施尺寸圖(由于四天線系統(tǒng)上下對稱，僅僅給出位于主介質板上面兩對輻射天線單元和去耦線的詳細金屬結構圖和實施尺寸圖，主介質板正面金屬用黑色顯示，主介質板背面金屬不顯示)，單位均為毫米(mm)。
[0032]圖7為圖1中印刷在主介質板背面的四天線系統(tǒng)的詳細金屬結構圖和實施尺寸圖(由于四天線系統(tǒng)上下對稱，僅僅給出位于主介質板上面兩對輻射天線單元的詳細金屬結構圖和實施尺寸圖，主介質板背面金屬用黑色顯示，主介質板正面金屬不顯示)，單位均為毫米(mm)。
[0033]圖8為圖1中印刷在主介質板背面的金屬地和折疊“T”形槽水平方向上的槽的詳細結構圖和實施尺寸圖(主介質板背面金屬用黑色顯示，主介質板正面金屬不顯示)，單位均為毫米(mm)。
[0034]圖9為圖1中印刷在右側介質板外側的金屬涂層和折疊“T”形槽垂直方向上的槽的詳細結構圖和實施尺寸圖(由于四天線系統(tǒng)左右對稱，僅僅給出右側介質板外側的金屬涂層和折疊“T”形槽垂直方向上的槽的結構圖和實施尺寸圖，左側介質板外側的金屬涂層和折疊“T”形槽垂直方向上的槽的結構圖和實施尺寸圖省略，右側介質板外側的金屬涂層用黑色顯示)，單位均為毫米(_)。
[0035]圖10為圖6、圖7、圖8和圖9實施實例中四天線系統(tǒng)的回波損耗測量圖(S11、S22、S33和S44)，SI 1、S22、S33和S44是在一個微帶饋線接激勵源，另外三個微帶饋線接50歐姆匹配負載的條件下測得的，由于四天線系統(tǒng)結構對稱，SlU S22、S33、S44的測量結果一致。
[0036]圖11為圖6、圖7、圖8和圖9實施實例中四天線系統(tǒng)的右上方輻射天線單元和左上方輻射天線單元之間的耦合系數(shù)(S12)以及四天線系統(tǒng)左下方輻射天線單元和右下方輻射天線單元之間的耦合系數(shù)(S34)測量圖，S12和S34是在被測量的兩對輻射天線單元的微帶饋線接激勵源，另外兩個輻射天線單元的微帶饋線接匹配負載的條件下測得的，由于四天線系統(tǒng)結構對稱，S12和S34的測量結果一致。
[0037]圖12為圖6、圖7、圖8和圖9實施實例中四天線系統(tǒng)的右上方和左下方兩對輻射天線單元之間的耦合系數(shù)(S13)以及左上方和右下方兩對輻射天線單元之間的耦合系數(shù)(S24)測量圖，S13和S24是在被測量的兩對輻射天線單元的微帶饋線接激勵源，另外兩對輻射天線單元的微帶饋線接匹配負載的條件下測得的，由于四天線系統(tǒng)結構對稱，S13和S24測量結果一致。
[0038]圖13為圖6、圖7、圖8和圖9實施實例中四天線系統(tǒng)的右上方和右下方兩對輻射天線單元之間的耦合系數(shù)(S14)以及左上方和左下方兩個輻射天線單元之間的耦合系數(shù)(S23)測量圖，S13和S24是在被測量的兩對輻射天線單元的微帶饋線接激勵源，另外兩對輻射天線單元的微帶饋線接匹配負載的條件下測得的，由于四天線系統(tǒng)結構對稱，S14和S23的測量結果一致。
[0039]圖14為圖6、圖7、圖8和圖9實施實例中四天線系統(tǒng)工作在1.8GHz、2.1GHz和2.55GHz時的實測三維空間輻射方向圖:(a)主介質板右上方輻射天線單元接激勵源，主介質板左上方、左下方和右下方輻射天線單元接匹配負載時，其工作在1.8GHz、2.1GHz和2.55GHz時的實測三維空間輻射方向圖；(b)主介質板左上方輻射天線單元接激勵源，主介質板右上方、左下方和右下方輻射天線單元接匹配負載時，其工作在1.8GHz、2.1GHz和2.55GHz時的實測三維空間輻射方向圖；(c)主介質板左下方輻射天線單元接激勵源，主介質板右上方、左上方和右下方輻射天線單元接匹配負載時，其工作在1.8GHz、2.1GHz和2.55GHz時的實測三維空間輻射方向圖；(d)主介質板右下方輻射天線單元接激勵源，主介質板右上方、左上方和右下方輻射天線單元接匹配負載時，其工作在1.8GHz、2.1GHz和2.55GHz時的實測三維空間輻射方向圖。
[0040]圖15為圖6、圖7、圖8和圖9實施實例中四天線系統(tǒng)的四個輻射天線單元的實測增益(由于四天線系統(tǒng)結構對稱，四個輻射天線單元的實測增益一致)，天線增益是在一個福射天線單元的微帶饋線接激勵源、另外三個福射天線單元的微帶饋線接匹配負載的條件下測得的。
[0041]圖16為圖6、圖7、圖8和圖9實施實例中四天線系統(tǒng)的四個輻射天線單元的實測效率(由于四天線系統(tǒng)結構對稱，四個輻射天線單元的實測效率一致)，天線效率是在一個福射天線單元的微帶饋線接激勵源、另外三個福射天線單元的微帶饋線接匹配負載的條件下測得的。
[0042]對附圖中的標示說明如下:
[0043]11為主介質板；12為右側介質板；13為左側介質板；41為位于所述主介質板(11)右上角的輻射天線單元(31)的微帶饋線，42為位于所述主介質板(11)左上角的輻射天線單元(32)的微帶饋線，43為位于所述主介質板(11)左下角的輻射天線單元(33)的微帶饋線，44為位于所述主介質板(11)右下角的輻射天線單元(34)的微帶饋線；311為位于所述主介質板(11)右上角的輻射天線單元(31)的激勵分枝，311和41相連，321為位于所述主介質板(11)左上角的輻射天線單元(32)的激勵分枝，321和42相連，331為位于所述主介質板(11)左下角的輻射天線單元(33)的激勵分枝，331和43相連，341為位于所述主介質板(11)右下角的輻射天線單元(34)的激勵分枝，341和44相連；312為位于所述主介質板(11)右上角的輻射天線單元(31)的寄生分枝，312和311構成位于所述主介質板(11)右上角的輻射天線單元31，322為位于所述主介質板(11)左上角的輻射天線單元(32)的寄生分枝，322和321構成位于所述主介質板(11)左上角的輻射天線單元32，332為位于所述主介質板(11)左下角的輻射天線單元(33)的寄生分枝332，332和331構成位于所述主介質板(11)左下角的輻射天線單元33，342為位于所述主介質板(11)右下角的輻射天線單元(34)的寄生分枝342，342和341構成位于所述主介質板(11)右下角的輻射天線單元34 ;51、52和53為所述主介質板(11)上方的三條去耦線，51、52和53與311和321相連，51、52和53可以減小位于所述主介質板(11)右上角輻射天線單元(31)和位于所述主介質板(11)左上角輻射天線單元(32)之間的耦合，54、55和56為所述主介質板(11)下方的三條去耦線，54、55和56與331和341相連，54、55和56可以減小位于所述主介質板(11)左下角輻射天線單元(33)和位于所述主介質板(11)右下角輻射天線單元(34)之間的耦合；121為所述右側介質板(12)底部的金屬涂層，131為所述左側介質板(13)底部的金屬涂層，122為所述右側介質板(12)外層面的金屬涂層，132為所述左側介質板(13)底部的金屬涂層；2為所述主介質板(11)背面的金屬地，2與121、122、131、132相連；611為位于所述主介質板(11)右側的折疊“τ”形槽的水平方向的槽，612為位于所述主介質板(11)右側的折疊“T”形槽的垂直方向的槽，611和612構成位于所述主介質板(11)右側的折疊“T”形槽，621為位于所述主介質板(11)左側的折疊“T”形槽的水平方向的槽，622為位于所述主介質板(11)左側的折疊“T”形槽的垂直方向的槽，621和622構成位于所述主介質板(11)左側的折疊“T”形槽，使用折疊T形槽可以減小槽在金屬地板2上的占用尺寸，611、612、621、622用于減小位于所述主介質板(11)上面兩對所述輻射天線單元(31、32 )和位于所述主介質板(11)下面兩對所述輻射天線單元(33、34)之間的耦合。
【具體實施方式】
[0044]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0045]本發(fā)明提出了一款用于移動終端的寬頻帶四天線系統(tǒng)，實現(xiàn)了低成本、易集成、小尺寸及寬頻帶/多頻帶工作的多天線結構，如圖1-圖5所示。整個四天線系統(tǒng)結構印刷在主介質板11、右側介質板12和左側介質板13上，包括四個輻射天線單元:位于主介質板右上角的輻射天線單元(由311和312構成)、位于主介質板左上角的輻射天線單元(由321和322構成)、位于主介質板左下角的輻射天線單元(由331和332構成)、位于主介質板右下角的輻射天線單元(341和342構成)；四條微帶饋線包括41、42、43、44，41和311相連，用來饋電激勵分枝311和寄生分枝312，42和321相連，用來饋電激勵分枝321和寄生分枝322，43和331相連，用來饋電激勵分枝331和寄生分枝332，44和341相連，用來饋電激勵分枝341和寄生分枝342 ；6條去耦線包括51、52、53、54、55和56，51、52、53與311,321相連，用來減小位于主介質板右上方的輻射天線單元和位于主介質板左上方的輻射天線單元之間的耦合，54、55、56與331、341相連，用來減小位于主介質板左下方的輻射天線單元和位于主介質板右下方的輻射天線單元之間的耦合；在主介質板11的背面是天線的金屬地板2，在金屬地板2上刻有所述折疊“T”形槽的水平方向的槽611、621，在右側介質板12的外側面的金屬涂層上刻有所述折疊“T”形槽的垂直方向的槽612，在左側介質板13的外側面的金屬涂層上刻有所述折疊“T”形槽的垂直方向的槽622,611和612構成位于所述主介質板
(11)右側的折疊“T”形槽，621和622構成位于所述主介質板(11)左側的折疊“T”形槽，兩個折疊“T”形槽，用于減小位于所述主介質板(11)上面兩對所述輻射天線單元(31、32)和位于所述主介質板(11)下面兩對所述輻射天線單元(33、34)之間的耦合，同時也減小了所述T形槽(6 )在所述主介質板(11)上的占用面積。
[0046]本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:每個輻射天線單元的激勵分枝(311、321、331、341)和寄生分枝(312、322、332、342)用來產生兩個諧振，從而實現(xiàn)在寬頻帶內具有低回波損耗；位于主介質板上方的三條去耦線(51、52、53)連接在311和321之間，從而在31和32之間產生新的耦合來抵消原始的耦合，進而實現(xiàn)了位于主介質板右上方的輻射天線單元和位于主介質板左上方的輻射天線單元之間的低互耦；位于主介質板下方的三條去耦線(54、55、56)連接在331和341之間，從而在33和34之間產生新的耦合來抵消原始的耦合，進而實現(xiàn)位于主介質板左下方的輻射天線單元和位于主介質板右下方的輻射天線單元之間的低互稱；折疊T形槽(611、612、621、622)可以抑制稱合電場從主介質板的上方傳輸?shù)街鹘橘|板的下方(或者從主介質板的下方傳輸?shù)街鹘橘|板的上面),從而減小主介質板上方的兩對輻射天線單元和主介質板下方的兩對輻射天線單元之間的耦合。通過激勵分枝(311、321、331、341)、寄生分枝(312、322、332、342)、去耦線(51、52、53、54、55、56)和折疊丁形槽(611、612、621、622)實現(xiàn)四天線系統(tǒng)在寬頻帶內的低回波損耗和低互耦特性。
[0047]為了說明本發(fā)明是一種在寬頻帶內具有低回波損耗、低互耦特性的四天線系統(tǒng)，下面給出一個具體實例。
[0048]在本實例中，天線的主介質板、右側介質板和左側介質板均采用介質基片厚度為
0.8mm、相對介電常數(shù)為4.4、損耗角正切為0.02的FR4基板，四天線系統(tǒng)的各部分尺寸如圖6-圖9所示，圖中所有尺寸的單位均為毫米(mm)。
[0049]以圖6-圖9所示尺寸制作的四天線系統(tǒng)的回波損耗(511、522、533、544)測試結果如圖10所示，由于結構對稱，Sll、S22、S33、S44測試結果一致，SlU S22、S33和S44是在一個微帶饋線接激勵源，另外三個微帶饋線接50歐姆匹配負載的條件下測得的。由圖
10可知，四天線系統(tǒng)測試回波損耗小于-1OdB的阻抗帶寬為1.13GHz (1.7-2.83GHz)，可以完全覆蓋 GSM1800 (1710—1880MHz )、GSM1900 (1850—1990MHz)、UMTS (1920—2170MHz)、LTE2300 (2300— 2400MHz ), LTE2500 (2500— 2690MHz)和 2.4_GHz WLAN (2400—2484MHz)等多個頻帶。圖11為以圖6-圖9所示尺寸制作的四天線系統(tǒng)的位于主介質板上面兩對輻射天線單元之間的耦合系數(shù)(S12)和位于主介質板下面兩對輻射天線單元之間的耦合系數(shù)(S34)測量圖，S12和S34是在被測量的兩對輻射天線單元的微帶饋線接激勵源，另外兩對輻射天線單元的微帶饋線接匹配負載的條件下測得的，由于四天線系統(tǒng)結構對稱，S12和S34測試結果一致。由圖11可知，在1.76GHz到2.74GHz的頻帶內，其測試互耦小于_15dB，也可以覆蓋 GSM1800、GSM1900、UMTS, LTE2300、LTE2500 和 2.4-GHz WLAN 等多個頻帶。圖12為以圖6-圖9所示尺寸制作的四天線系統(tǒng)的位于主介質板右上方和主介質板左下方兩對輻射天線單元之間的耦合系數(shù)(S13)以及位于主介質板左上方和主介質板右下方兩對輻射天線單元之間的耦合系數(shù)(S24)測量圖，S13和S24是在被測量的兩對輻射天線單元的微帶饋線接激勵源，另外兩對輻射天線單元的微帶饋線接匹配負載的條件下測得的，由于四天線系統(tǒng)結構對稱，S13和S24測試結果一致。由圖12可知，在整個測試頻帶內，其互耦都小于-15dB，可以覆蓋 GSM1800、GSM1900、UMTS、LTE2300、LTE2500 和 2.4-GHz WLAN 等多個頻帶。圖13為圖6-圖9所示尺寸制作的四天線系統(tǒng)的位于主介質板右上方和主介質板右下方兩對輻射天線單元之間的耦合系數(shù)(S14)以及位于主介質板左上方和主介質板左下方兩個輻射天線單元之間的耦合系數(shù)測量圖(S23)，S14和S23是在被測量的兩個輻射天線單元的微帶饋線接激勵源，另外兩個福射天線單元的微帶饋線接匹配負載的條件下測得的，由于四天線系統(tǒng)結構對稱，S14和S23的測試結果一致。由圖13可知，在整個測試頻帶內，其互耦都小于-15dB，可以覆蓋 GSM1800、GSM1900、UMTS, LTE2300、LTE2500 和 2.4-GHzWLAN等多個頻帶。
[0050]圖14為以圖6-圖9所示尺寸制作的四天線系統(tǒng)工作在1.8GHz、2.1GHz和2.55GHz時的實測三維空間輻射方向圖，其中，Ca)為主介質板右上方輻射天線單元接激勵源，主介質板左上方、左下方和右下方輻射天線單元接匹配負載時，其在1.8GHz,2.1GHz和2.55GHz時的實測三維空間輻射方向圖；(b)為主介質板左上方輻射天線單元接激勵源，主介質板右上方、左下方和右下方輻射天線單元接匹配負載時，其在1.8GHz,2.1GHz和2.55GHz時的實測三維空間輻射方向圖；(c)為主介質板左下方輻射天線單元接激勵源，主介質板右上方、左上方和右下方輻射天線單元接匹配負載時，其在1.8GHz,2.1GHz和2.55GHz時的實測三維空間輻射方向圖；(d)為主介質板右下方輻射天線單元接激勵源，主介質板右上方、左上方和右下方輻射天線單元接匹配負載時，其在1.8GHz,2.1GHz和2.55GHz時的實測三維空間輻射方向圖。由圖14可知，該四天線系統(tǒng)的四個輻射天線單元的輻射方向圖覆蓋空間互補的區(qū)域，從而可以提供較好的天線分集，適用于MMO通信系統(tǒng)。
[0051]圖15為以圖6-圖9所示尺寸制作的四天線系統(tǒng)的四個輻射天線單元的實測增益，由于四天線系統(tǒng)結構對稱，四個輻射天線單元的實測增益完全一致。天線增益是在一個福射天線單元的微帶饋線接激勵源、另外三個福射天線單元的微帶饋線接匹配負載的條件下測得的。由圖15可知，四個輻射天線單元的增益在整個頻帶內大于1.7dBi。
[0052]圖16為以圖6-圖9所示尺寸制作的四天線系統(tǒng)的四個輻射天線單元的實測效率，由于四天線系統(tǒng)結構對稱，四個輻射天線單元的實測效率完全一致。天線效率是在一個福射天線單元的微帶饋線接激勵源、另外三個福射天線單元的微帶饋線接匹配負載的條件下測得的。由圖16可知，四個輻射天線單元的效率在整個頻帶內大于57%，具有較好的輻射性能。
[0053]由于本設計結構緊湊、尺寸小、寬頻帶內回波損耗小、寬頻帶內互耦小、三維空間輻射方向圖互補、效率高，滿足移動通信系統(tǒng)移動終端的多天線設計需求。
【權利要求】
1.用于移動終端的寬頻帶四天線系統(tǒng)，其特征在于，含有:介質板(I)、金屬地(2)、輻射天線單元(3)、微帶饋線(4)、去耦線(5)和折疊T形槽(6)，其中: 介質板(1)，呈矩形，共三塊，分別為:主介質板(11)、垂直連接于所述主介質板(11)正面右側的右側介質板(12)以及垂直連接于所述主介質板(11)正面左側的左側介質板(13)，所述右側介質板(12)的底面和外側面分別有金屬涂層(121)和金屬涂層(122)，所述左側介質板(13)的底面和外側面分別有金屬涂層(131)和金屬涂層(132)； 輻射天線單元(3)，共四個，分別為:位于所述主介質板(11)右上角的輻射天線單元(31)、位于所述主介質板(11)左上角的輻射天線單元(32)、位于所述主介質板(11)左下角的輻射天線單元(33)和位于所述主介質板(11)右下角的輻射天線單元(34)，四個輻射天線單元(31、32、33、34)均沿所述主介質板(11)的縱軸方向上下對稱分布，其中: 右上角輻射天線單元(31)，由位于所述主介質板(11)正面右上角的“C”形激勵分枝(311)和位于所述主介質板(11)背面對應位置的“C”形寄生分枝(312)構成； 左上角輻射天線單元(32)的激勵分枝(321)和寄生分枝(322)、左下角輻射天線單元(33)的激勵分枝(331)和寄生分枝(332)以及右下角輻射天線單元(34)的激勵分枝(341)和寄生分枝(342)分別按照相同的方式構成； 各所述激勵分枝(311、321、331、341)和寄生分枝(312、322、332、342)用于產生諧振，實現(xiàn)在寬頻帶內的低回波損耗； 金屬地(2)，用于模擬移動通信系統(tǒng)的移動終端中除天線外的其它金屬部分，四個輻射天線單元(31、32、33、34)的寄生分枝(312、322、332、342)的末端與金屬地(2)相連； 微帶饋線(4)，共四條，由第一微帶饋線(41)、第二微帶饋線(42)、第三微帶饋線(43)和第四微帶饋線(44)共同構成，位于`所述主介質板(11)的正面、依次與所述輻射天線單元(31、32、33、34)的四個激勵分枝(311、321、331、341)的末端相連，進行饋電； 去耦線(5)，共六條，由第一去耦線(51)、第二去耦線(52)、第三去耦線(53)、第四去耦線(54)、第五去耦線(55)和第六去耦線(56)共同構成，其中: 第一去耦線(51 )，位于所述主介質板(11)的正面上方，用于連接右上角輻射天線單元(31)的激勵分枝(311)的末端和左上角輻射天線單元(32)的激勵分枝(321)的末端； 第二去耦線(52)，位于所述主介質板(11)的正面上方，呈“Π”形，用于連接右上角輻射天線單元(31)的激勵分枝(311)的末端沿水平方向的分枝邊和左上角輻射天線單元(32)的激勵分枝(321)的相同位置； 第三去耦線(53)，位于所述主介質板(11)的正面上方，內接于右上角輻射天線單元(31)的激勵分枝(311)的垂直邊和右上角輻射天線單元(32)的激勵分枝(321)的垂直邊；所述第一去耦線(51)、第二去耦線(52)和第三去耦線(53)用于減小位于所述主介質板(11)右上角的輻射天線單元(31)和位于所述主介質板(11)左上角的輻射天線單元(32 )之間的耦合； 第四耦合線(54)、第五去耦線(55)和第六去耦線(56)均位于所述主介質板(11)的正面下方，連接方式依次與所述第一去耦線(51)、第二去耦線(52)和第三去耦線(53)相同，用于減小位于所述主介質板(11)左下角的輻射天線單元(33 )和位于所述主介質板(11)右下角的輻射天線單元(34)之間的耦合； 折疊“T”形槽(6)，是一種垂直槽和水平槽相互垂直的“T”形槽，共兩個，其中:兩個折疊“T”形槽的垂直方向的槽(612、622)分別垂直貫通到與所述右側介質板(12)、左側介質板(13)相垂直的所述主介質板(11)的縱向上左、右兩側，兩個折疊“Τ”形槽的水平方向的槽(611、621)沿縱向貫通地開在所述主介質板(11)的縱向左、右兩側，用于減小位于所述主介質板(11)上面兩對所述輻射天線單元(31、32)和位于所述主介質板(11)下面兩對所述輻射天線單元(33、34)之間的耦合，同時也減小了所述折疊“Τ”形槽(6)在所述主介質板(11)上的占用 面積。
【文檔編號】H01Q5/10GK103682596SQ201310651618
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權日:2013年12月5日
【發(fā)明者】杜正偉, 王巖 申請人:清華大學