應用于5G移動終端的寬帶八天線系統

黃代煒 杜正偉

【摘? 要】主要介紹了應用于5G移動終端的寬帶八天線系統，該天線系統主要由兩種天線單元構成，分別分布在地板的上方和側邊，第一種和第二種天線單元具有正交性，從而實現了寬帶的解耦效果。八個天線單元，在阻抗帶寬小于-6 dB的前提下，都可以覆蓋3.3 GHz—5 GHz，可以包括目前應用于5G 的Sub 6 GHz的所有頻段，八個天線之間的隔離度均大于10 dB，第一種天線單元的仿真效率在工作頻帶內為45%～51%，第二種天線單元的仿真效率為52%～57%，滿足移動通信系統的效率要求。

【關鍵詞】5G;八天線系統;寬帶;移動終端

1? ?引言

移動通信技術快速發展，為了提高移動通信的速率，MIMO是一種常用的技術，近年來有很多學者對5G移動終端天線進行研究，其主要采用正交模式、中和線等方法實現解耦，文獻[1]采用正交模式實現了覆蓋3 300 MHz—3 600 MHz的四天線系統，對于其他的5G頻段，例如3 800 MHz—4 200 MHz、4 400 MHz—5 000 MHz，則沒有實現覆蓋。文獻[2]在非常小的尺寸下，在金屬地板的兩側分別放置了兩個天線，最終實現了覆蓋3 400 MHz—3 600 MHz的八天線系統。本文采用耦合饋電和正交模式的方法，充分利用金屬邊框，實現了覆蓋3 300 MHz—5 000 MHz的八天線系統。

2? ?天線的結構

本文所提出的天線系統如圖1所示，從圖1可以看出，該天線單元主要由2種天線單元構成，兩種單元具有正交性，并且都采用耦合饋電的方式，都是由耦合饋電線和接地枝節構成。第一種天線單元位于地板的上方，第二種天線單元位于地板的側邊，天線的地板大小為135 mm×75 mm，介質板的材料是FR4，相對介電常數為4.4，損耗為0.02。天線的具體尺寸如圖1所示，將天線單元1到天線單元4通過對稱可以得到天線單元5到天線單元8。

3? ?天線的仿真結果

對上面所描述的天線進行仿真，可以得到關于天線的S參數以及天線的效率，圖2和圖3給出了天線的S參數。從圖2可以看出，該天線的8個天線單元都可以覆蓋-6 dB的3 300 MHz—5 000 MHz。從圖3可以看出，該天線單元1到天線單元4之間的隔離度都大于10 dB。從圖1可以看出，由于天線結構具有對稱性，天線單元5到天線單元8之間的隔離度可以同理獲得。圖4給出了仿真的天線效率，第一種天線單元的仿真效率在工作頻帶內為45%～51%，第二種天線單元的仿真效率為52%～57%，能夠滿足移動通信終端的效率要求。

4? ?結束語

本文采用耦合饋電的方式，應用正交模式的方法，實現應用于移動終端的寬帶八天線系統，該天線系統主要由兩種天線單元構成，該天線的8個天線單元都可以覆蓋-6 dB的3 300 MHz—5 000 MHz，天線單元之間的隔離度都大于10 dB，8個天線單元的輻射效率在工作頻帶內均大于40%，滿足移動通信系統對終端的效率要求。

參考文獻：

[1] Sun L， Feng H， Li Y， et al. Tightly-arranged orthogonal mode antenna for 5G MIMO mobile terminal[J]. Microwave Optical Technology Letters， 2018，60（7）： 1751-1756.

[2] Lu J Y， Wong K L. Compact Eight-Antenna Array in the Smartphone for the 3.5 GHz LTE 8 × 8 MIMO Operation[C]//2016 IEEE 5th Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation （APCAP）. 2016： 323-324.

[3] K L Wong， J Y Lu. 3.6 GHz 10-antenna array for MIMO operation in the smartphone[J]. Microwave Optical Technology Letters， 2015，57（7）： 1699-1704.

[4] K L Wong， J Y Lu， L Y Chen， et al. 8-antenna and 16-antenna arrays using the quad-antenna linear array as a building block for the 3.5 GHz LTE MIMO operation in the smartphone[J]. Microwave Optical Technology Letters， 2016，58（1）： 174-181.

[5] K L Wong， B W Lin， W Y Li. Dual-band dual inverted - F/loop antennas as a compact decoupled building block for forming eight 3.5/5.8 GHz MIMO antennas in the future smartphone[J]. Microwave Optical Technology Letters， 2017，59（11）： 2715-2721.

[6] L Sun， H Feng， Y Li， et al. Compact 5G MIMO mobile phone antennas with tightly-arranged orthogonal mode pairs[J]. IEEE Transactions Antennas Propagation， 2017（12）： 9-22.

[7] J Guo， L Cui， C Li， et al. Side-edge frame printed eight-port dual-band antenna array for 5G smartphone applications[J]. IEEE Transactions Antennas Propagation， 2016（9）.

[8] Y Li， C Y D Sim， Y Luo， et al. Multiband 10-antenna array for sub-6 GHz MIMO applications in 5-G smartphones[J]. IEEE Access， 2018（6）： 28041-28053.

[9] D Liu， M Zhang， H Luo， et al. Dual-band platform-free PIFA for 5G MIMO application of mobile devices[J]. IEEE Transactions Antennas Propagation， 2018.

[10] M Y Li， Z Q Xu， Y L Ban， et al. Eight-port orthogonally dual-polarised MIMO antennas using loop structures for 5G smartphone[J]. IET Microwave Antennas Propagation， 2017，11（12）： 1810-1816.