本實(shí)用新型涉及多輸入多輸出天線的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

多輸入多輸出（Multiple-Input and Multiple-Output, MIMO）技術(shù)是一種能夠在不擴(kuò)展通信頻帶帶寬前提下，顯著提高信道容量，從而提高信息的傳輸速率，達(dá)到數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)哪芰?。因此，在手機(jī)移動(dòng)終端上研究寬帶MIMO天線具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

現(xiàn)有的文獻(xiàn)中，2014年Li H等人在IEEE Transactions on Antennas & Propagation發(fā)表題為“Design of Orthogonal MIMO Handset Antennas Based on Characteristic Mode Manipulation at Frequency Bands Below 1 GHz”的文章，在該文章中提出了低于1 GH頻帶的正交MIMO手機(jī)天線設(shè)計(jì)。2014年Ban Y L等人在IEEE Antennas & Wireless Propagation Letters發(fā)表題為“Decoupled Planar WWAN Antennas With T-Shaped Protruded Ground for Smartphone Applications”的文章，在該文章中提出了用于解耦平面WWAN天線與T形突出的方案。2011年Wong K L等人在Microwave & Optical Technology Letters發(fā)表題為“Internal mobile phone antenna array for LTE/WWAN and LTE MIMO operations”的文章，在該文章中提出了用于LTE / WWAN和LTE MIMO的移動(dòng)電話天線陣列。

2010年Wong K L等人在Proceedings of the 71st Vehicular Technology Conference發(fā)表題為“Antenna Configurations for 4×4 MIMO in LTE - Field Measurements”的文章，在該文章中指出了4×4 MIMO系統(tǒng)能比2×2 MIMO系統(tǒng)提供更多的信道容量。2011年MARTIN C C等人在Proceedings IEEE Vehicular Technology Conference發(fā)表題為“Multiple-input multiple-output(MIMO) radio channel measurements的文章，在該文章中驗(yàn)證了四單元天線系統(tǒng)容量在理論上是單輸入單輸出系統(tǒng)的4倍。2011年王煊等人在Chinese Journal of Radio Science發(fā)表題為“Four-element antenna system for a clamshell phone的文章，在該文章中提出了一款四單元翻蓋手機(jī)天線，它需要兩塊地板，所以不符合如今的智能機(jī)時(shí)代的需求。2010年Wong K L等人在Microwave & Optical Technology Letters發(fā)表題為“Four LTE low-band smartphone antennas and their MIMO performance with user's hand presence”的文章，在該文章中給出了一款用于智能機(jī)的四單元天線，它覆蓋了LTE低頻段，該設(shè)計(jì)中引入大量電感、電容等損耗元件，且加入了匹配電路，增加了天線的復(fù)雜性。

本文提出了一種工作在DCS1800、PCS1900、UMTS2100、LTE2300、LTE2500的五頻段四單元MIMO手機(jī)天線。采用了中和線、延伸地、地板開槽三種方式結(jié)合的來使任意兩個(gè)天線單元之間的隔離度在整個(gè)工作帶寬內(nèi)均小于-10 dB。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，提供一種寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)，該種寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、制作容易、帶寬寬和隔離度高，適合作為如手機(jī)等移動(dòng)終端的設(shè)備，并能夠提高信息傳輸速率, 覆蓋了DCS1800、PCS1900、UMTS2100、LTE2300、LTE2500五個(gè)頻段。在整個(gè)工作頻帶內(nèi)，任意兩個(gè)天線單元之間的互耦均小于-10 dB,該天線具有良好的分集性能。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)，其特征在于：所述寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)包括：第一單元，所述第一單元包括平面倒F天線；第二單元，所述第二單元包括平面倒F天線；第三單元，所述第三單元包括平面倒F天線；以及所述第四單元包括平面倒F天線, 所述第一單元、第二單元、第三單元、第四單元的平面倒F天線相同。

所述寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)包括中和線、延伸地、地板開槽。

所述第一單元和所述第二單元之間用中和線連接，中和線短路接地，所述第一單元和所述第三單元之間設(shè)置有矩形槽。

貼片印刷在FR4介質(zhì)板。

所述FR4介質(zhì)板的尺寸為長度為120 mm -6 mm，寬度為216 mm -10.8mm，厚度為3.2 mm -0.16 mm。

所述FR4介質(zhì)板的尺寸優(yōu)選為108 mm×60 mm×1.6 mm。

所述第一單元與所述第二單元、所述第三單元、所述第四單元之間的包絡(luò)相關(guān)系數(shù)都小于0.11。

所述寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)包括寄生單元，饋電點(diǎn)，實(shí)測-6dB阻抗帶寬從1.7GHz到2.85GHz。

所述寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)覆蓋了DCS1800、PCS1900、UMTS2100、LTE2300、LTE2500五個(gè)頻段,在整個(gè)工作頻帶內(nèi)，任意兩個(gè)天線單元之間的互耦均小于-10 dB,具有良好的分集性能。

通過上述方案，可得到一種結(jié)構(gòu)簡單，制作容易、高隔離度的寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)。

更具體地說，由天線結(jié)構(gòu)的對稱性和互易定理可知，該天線系統(tǒng)S參數(shù)滿足：S₁₁=S₂₂=S₃₃=S₄₄，S₁₂=S₃₄，S₁₃=S₃₁=S₂₄=S₄₂，S₁₄=S₄₁=S₂₃=S₃₂，添加寄生單元之后在高頻段所覆蓋范圍略高，而在低頻段帶寬明顯增寬了，解決了無法完整覆蓋DCS1800頻段的問題。

根據(jù)天線實(shí)物，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Agilent N5247A測試了其S參數(shù)。ECC是MIMO天線的重要參數(shù)。在整個(gè)工作頻段內(nèi)，單元1與單元2、3、4之間的包絡(luò)相關(guān)系數(shù)均小于0.11，在實(shí)際應(yīng)用中，本文設(shè)計(jì)的四單元天線系統(tǒng)有很好的分集性能。

一種用于寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)上發(fā)送信號(hào)的方法，所述方法包括使用寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)發(fā)送和接收通信信號(hào)，其特征在于：所述寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)包括第一單元，所述第一單元包括倒F天線；第二單元，所述第二單元包括倒F天線；第三單元，所述第三單元包括倒F天線；以及，所述第四單元包括倒F天線, 所述第一單元、第二單元、第三單元、第四單元的平面倒F天線相同。

所述寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)包括中和線、延伸地、地板開槽。

所述第一單元和所述第二單元之間用中和線連接，中和線短路接地，所述第一單元和所述第三單元之間設(shè)置有矩形槽。

貼片印刷在FR4介質(zhì)板。

所述FR4介質(zhì)板的尺寸為長度為120 mm -6 mm，寬度為216 mm -10.8mm，厚度為3.2 mm -0.16 mm。

所述FR4介質(zhì)板的尺寸優(yōu)選為108 mm×60 mm×1.6 mm。

所述第一單元與所述第二單元、所述第三單元、所述第四單元之間的包絡(luò)相關(guān)系數(shù)都小于0.11。

所述寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)包括寄生單元，饋電點(diǎn)。

所述寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)覆蓋了DCS1800、PCS1900、UMTS2100、LTE2300、LTE2500五個(gè)頻段。

更具體地說，由天線結(jié)構(gòu)的對稱性和互易定理可知，該天線系統(tǒng)S參數(shù)滿足：S₁₁=S₂₂=S₃₃=S₄₄，S₁₂=S₃₄，S₁₃=S₃₁=S₂₄=S₄₂，S₁₄=S₄₁=S₂₃=S₃₂，添加寄生單元之后在高頻段所覆蓋范圍略高，而在低頻段帶寬明顯增寬了，解決了無法完整覆蓋DCS1800頻段的問題。

根據(jù)天線實(shí)物，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Agilent N5247A測試了其S參數(shù)。ECC是MIMO天線的重要參數(shù)。在整個(gè)工作頻段內(nèi)，單元1與單元2、3、4之間的包絡(luò)相關(guān)系數(shù)均小于0.11，在實(shí)際應(yīng)用中，本文設(shè)計(jì)的四單元天線系統(tǒng)有很好的分集性能。

本公開的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)的多輸入多輸出天線?，F(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本實(shí)用新型的各種說明性實(shí)施例。在以下描述中闡述各種細(xì)節(jié)的同時(shí)，將意識(shí)到可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，且意識(shí)到可以對本文所述的實(shí)用新型作出大量實(shí)現(xiàn)特定的決定以達(dá)成實(shí)用新型人的特定目標(biāo)，例如符合工藝技術(shù)的規(guī)定或與設(shè)計(jì)相關(guān)的約束，這將根據(jù)不同實(shí)現(xiàn)而變化。盡管這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜且消耗時(shí)間的，然而其對于以受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是采取的日常工作。例如，以框圖和流程圖形式(而不是詳細(xì)地)來示出所選方案，以避免限制本實(shí)用新型或使得本實(shí)用新型不明顯。此外，在與計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)相關(guān)的算法或操作的意義上呈現(xiàn)本文提供的具體實(shí)施方式的一些部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員使用這種描述和表示向本領(lǐng)域其他技術(shù)人員描述和傳達(dá)它們工作的本質(zhì)。

本文所使用的，術(shù)語“系統(tǒng)”等意在指代計(jì)算機(jī)相關(guān)實(shí)體，其是硬件、軟件、硬件和軟件的組合、或機(jī)器、計(jì)算機(jī)或處理器上執(zhí)行的軟件。例如，組件可以是(但不限于)：處理器、在處理器上運(yùn)行的進(jìn)程、對象、可執(zhí)行文件、執(zhí)行的線程、程序、或計(jì)算機(jī)。作為說明，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用和計(jì)算機(jī)本身都可以是組件。一個(gè)或多個(gè)組件可以駐留在進(jìn)程或執(zhí)行的線程內(nèi)，且可以將組件本地化在一個(gè)計(jì)算機(jī)上或分散在兩個(gè)或更多計(jì)算機(jī)上。

在本文中將單詞“示例”用于表示作為示例、實(shí)例、或說明之用。本文中被描述為“示例”的任何方案或設(shè)計(jì)不一定被解釋為相對于其他方案或設(shè)計(jì)是優(yōu)選的或有利的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到可以在不脫離所要求保護(hù)的主題的范圍、精神或程度的情況下對該配置進(jìn)行很多修改。此外，可以使用標(biāo)準(zhǔn)編程和工程技術(shù)將所公開的主題實(shí)現(xiàn)為系統(tǒng)、方法、裝置、或制造品，以產(chǎn)生用于控制計(jì)算機(jī)或基于處理器的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)本文詳述的各方案的軟件、固件、硬件、或它們的任意組合。

附圖說明

圖1示出了本實(shí)用新型的天線整體結(jié)構(gòu)。

圖2示出了本實(shí)用新型的每個(gè)天線單元具體尺寸。

圖3示出了1.71 GHz諧振頻率時(shí)的表面電流分布。

圖4示出了2.34 GHz諧振頻率時(shí)的表面電流分布。

圖5示出了有無寄生單元的S₁₁對比圖。

圖6示出了幾種去耦措施之后單元1與單元2、3的互耦情況。

圖7示出了實(shí)測S參數(shù)。

圖8示出了ECC的結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

實(shí)施例1

本實(shí)用新型以型號(hào)為FR4的基板為例進(jìn)行說明，在實(shí)施例中，圖1的四周1、2、3、4分別為單元1、單元2、單元3、單元4，單元1為第一單元，單元2為第二單元，單元3為第三單元，單元4為第四單元。

本實(shí)用新型的寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)包括天線，天線整體結(jié)構(gòu)見圖1，貼片印刷在相對介電常數(shù)為4.4、損耗正切為0.02、尺寸為108 mm×60 mm×1.6 mm的FR4介質(zhì)板正面，灰色的地板在其背面。該天線系統(tǒng)由四個(gè)完全相同的“∏”型平面倒F天線單元組成，對稱分布在介質(zhì)板正面的四個(gè)角上。為了提高天線單元之間的隔離度，在單元1和單元2之間用寬度為0.5 mm的中和線連接，中和線中間短路接地，同時(shí)延伸出地枝節(jié),而單元1和單元3中間的地板上開長為15 mm，寬為1 mm的矩形槽。

圖2為每個(gè)天線單元具體尺寸，每個(gè)單元的尺寸為18.4 mm×18 mm，由兩條主干枝節(jié)和一個(gè)寄生單元組成。為了更好地了解天線單元的各部分結(jié)構(gòu)對天線的影響，圖3和圖4給出了天線單元1在不同諧振頻率時(shí)的表面電流分布。在1.71 GHz時(shí)，單元1的寄生單元上有強(qiáng)烈的電流分布，此處諧振主要由寄生單元產(chǎn)生；在2.34 GHz時(shí)，單元1的兩條主干枝節(jié)上面都有較強(qiáng)電流分布，此處諧振由這兩條諧振臂共同產(chǎn)生。

由天線結(jié)構(gòu)的對稱性和互易定理可知，該天線系統(tǒng)S參數(shù)滿足：S₁₁=S₂₂=S₃₃=S₄₄，S₁₂=S₃₄，S₁₃=S₃₁=S₂₄=S₄₂，S₁₄=S₄₁=S₂₃=S₃₂，故本文各項(xiàng)性能均以單元1為參考。

圖5給出了有無寄生單元的S₁₁對比圖。從圖中可以看出，添加寄生單元之后在高頻段所覆蓋范圍略高，而在低頻段帶寬明顯增寬了，解決了無法完整覆蓋DCS1800頻段的問題。

圖6給出了幾種去耦措施之后單元1與單元2、3的互耦情況。在整個(gè)去耦方案研究過程中，由于單元1與單元4相隔較遠(yuǎn)，兩者之間耦合始終保持在-15dB以下。圖中結(jié)構(gòu)1是未經(jīng)過任何去耦措施，結(jié)構(gòu)2是添加中和線并短路接地，結(jié)構(gòu)3是在結(jié)構(gòu)2基礎(chǔ)上再添加延伸地，組合的方案就是本文提出的去耦措施。從圖中可以看出，結(jié)構(gòu)1 的S₁₂在1.6 ~ 2.1 GHz上都是大于-10 dB，為了減小單元1與單元2之間的互耦，單元1與單元2之間引入中和線并短路接地（結(jié)構(gòu)2），當(dāng)激勵(lì)單元1時(shí)，中和線帶來了新的耦合路徑，與通過地板非激勵(lì)單元產(chǎn)生的兩條電流的相位相反，從而抵消一部分耦合電流，達(dá)到解耦目的。但是此時(shí)單元1與單元3之間的互耦已經(jīng)在2.2 ~ 2.65 GHz頻段上已經(jīng)大于-10 dB。結(jié)構(gòu)3很好地解決了此問題，但是S₁₂在高頻段又大于 -10 dB了，本文將中和線、延伸地、地板開槽組合之后的去耦成功解決了這些問題。

用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Agilent N5247A測試了其S參數(shù)如圖7所示。

ECC是MIMO天線的重要參數(shù)。ECC的結(jié)果如圖8所示，從圖中可以看出，在整個(gè)工作頻段內(nèi)，單元1與單元2、3、4之間的包絡(luò)相關(guān)系數(shù)均小于0.11，該結(jié)果說明：在實(shí)際應(yīng)用中，本文設(shè)計(jì)的四單元天線系統(tǒng)有很好的分集性能。

實(shí)施例2

本實(shí)用新型以型號(hào)為FR4的基板為例進(jìn)行說明。

一種寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)，其特征在于：所述寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)包括：第一單元，所述第一單元包括平面倒F天線；第二單元，所述第二單元包括平面倒F天線；第三單元，所述第三單元包括平面倒F天線；以及所述第四單元包括平面倒F天線, 所述第一單元、第二單元、第三單元、第四單元的平面倒F天線相同。

所述寬帶四單元手機(jī)天線系統(tǒng)包括中和線、延伸地、地板開槽。

所述第一單元和所述第二單元之間用中和線連接，中和線短路接地，所述第一單元和所述第三單元之間設(shè)置有矩形槽。

貼片印刷在FR4介質(zhì)板。

所述FR4介質(zhì)板的尺寸為54 mm×30 mm×0.8 mm。

上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。