面向面向5G高隔离度高隔离度4单元单元MIMO手机天线设计手机天线设计
设计了一个4单元高隔离度手机天线,由4个辐射单元组成,辐射单元分别位于天线的4个角落。对天线辐射单元
进行分析测试,测量天线辐射单元工作频段为3.43 GHz~3.86 GHz,覆盖5G移动通信测试频段。MIMO天线工
作频段在端口回波损耗小于-10 dB阻抗带宽条件下,工作频段为3.45 GHz~3.64 GHz;在端口回波损耗小于-6
dB阻抗带宽条件下,天线工作频段为3.23 GHz~3.96 GHz。新设计的圆形开槽结构能减少天线和电子元器件耦
合,并且天线具有良好的全向性和辐射特性。MIMO天线在3.2 GHz~4 GHz频率内,天线辐射效率为65%~
73.4%。仿真表明,脑部辐射SAR(Specific Absorption Rate)参数小于1.6 W/kg,天线对人体影响较低。
0 引言引言
MIMO无线通信技术是指在发射端和接收端使用多个发射天线和接收天线进行信号的传输和接收,改善整体通信质量
[1]
。目
前,MIMO系统在4G通信中应用已经十分成熟,并且MIMO技术是下一代5G通信发展的关键技术
[2]
。5G通信频段主要分为
Sub-6 GHz和高频毫米波。Sub-6 GHz测试频段为2.5 GHz~2.675 GHz、3.4 GHz~3.8 GHz和4.8 GHz~4.9 GHz。国内5G
正处于测试当中,电信运营商测试频段为3.4 GHz~3.5 GHz,联通运营商测试频段3.5 GHz~3.6 GHz
[3]
。
MIMO天线主要测试指标为耦合隔离度、工作频段、辐射效率、天线增益和SAR等。本文设计天线具有辐射全向性和良好的
辐射效率。目前5G天线设计相关文献(如文献[4]、文献[5]和文献[6]等)都没有对天线隔离度和净空区域进行有效的设计和分
析。本文在此基础上合理留出净空区域,并且设计圆形开槽结构可以有效地降低天线与电子元器件耦合。天线在实际加工中更
加灵活,可采用电印刷技术、刻蚀技术和LDS技术加工等
[7]
。
1 MIMO天线单元的设计天线单元的设计
MIMO天线辐射单元加工和测试是十分重要的。每个辐射单元具有良好的辐射特性,MIMO天线才会具有一个良好的辐射性
能和辐射效率。本文天线辐射单元的介质板选用FR-4基板,介电常数为4.4。天线介质基板尺寸为30 mm×30 mm×1.5 mm。
天线镀铜的厚度为0.1 mm,天线底部为环形开槽结构,开槽缝隙为0.5 mm。天线正面为微带线结构和圆形开槽结构。通过50
Ω SMA接头对天线进行连接。图1为天线辐射单元仿真结构图,表1为天线尺寸参数。本文应用软件HFSS来进行仿真,相比于
其他的仿真软件(如CST、FEKO、FDTD和XFDTD等),HFSS对于小尺寸窄带天线仿真更加准确。
天线模型进行实际测试加工,加工方案采用电印刷方式,图2为天线加工实物图。
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