“微波器件与RFID 定位算法”专题
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2019年第2期
5G 的发展和大规模应用，为加快推进毫米波技术发展提供了机遇。但毫米波的利用并非易事，毫米波集成电路的设计与实现、毫米波器件的工艺技术更是需要尽快取得新的突破。2018年11月15日，由《移动通信》杂志社和东南大学承办的第17届全国微波集成电路与移动通信学术年会在广州举行，会议就微波/毫米波/亚毫米波集成电路、5G 及其关键技术、微波毫米波无源器件及电路、微波毫米波有源电路及非线性模型、天线及传播技术等主题进行了广泛的探讨。为促进交流，沉淀会议成果，现将本次会议的部分交流论文刊登如下，以飨读者。
——移动通信编辑部  刘宗祥
*基金项目：国家自然科学基金（61771277）收稿日
期：2018-12-20Broadband Eight-antenna System for 5G Mobile Terminals
主要介绍了应用于5G 移动终端的宽带八天线系统，该天线系统主要由两种天线单元构成，分别分布在地
板的上方和侧边，第一种和第二种天线单元具有正交性，从而实现了宽带的解耦效果。八个天线单元，在阻抗带宽小于-6 dB 的前提下，都可以覆盖3.3 GHz —5 GHz ，可以包括目前应用于5G 的Sub 6 GHz 的所有频段，八个天线之间的隔离度均大于10 dB ，第一种天线单元的仿真效率在工作频带内为45%~51%，第二种天线单元的仿真效率为52%~57%，满足移动通信系统的效率要求。
5G ；八天线系统；宽带；移动终端
A broadband eight-antenna system for mobile terminals is introduced which consists of two kinds of antenna elements at the top and side of the ground. The broadband decoupling effect is achieved because of the orthogonality between the fi rst and second antenna element. All the eight antenna elements can cover the bands of 3.3 GHz —5.5 GHz including all the common sub 6 GHz bands for 5G on the premise that the impedance bandwidth is less than -6 dB. Their isolations of eight antenna elements are greater than 10 dB. The simulation effi ciency is 45%~51% and 52%~57% for the fi rst and second antenna element, respectively, which is suitable for the requirements of mobile communication systems.
5G; eight-antenna system; broadband; mobile terminal
（清华大学电子工程系 清华信息科学与技术国家实验室（筹），北京 100084）
(Tsinghua National Laboratory for Information Science and Technology (TNList), Department of Electronic Engineering, Tsinghua University,
Beijing 100084, China)
【摘  要】
【关键词】
黄代炜，杜正伟
HUANG Daiwei, DU Zhengwei
[Abstract]
[Key words]
doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2019.02.012      中图分类号：TN929.5 文献标志码：A      文章编号：1006-1010(2019)02-0065-03
引用格式：黄代炜，杜正伟. 应用于5G移动终端的宽带八天线系统[J]. 移动通信, 2019,43(2): 65-67.
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应用于5G移动终端的宽带八天线系统
*
“微波器件与RFID 定位算法”
专题
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2019年第2期
polarised
1  引言
移动通信技术快速发展，为了提高移动通信的速率，MIMO 是一种常用的技术，近年来有很多学者对5G 移动终端天线进行研究，其主要采用正交模式、中和线等方法实现解耦，文献[1]采用正交模式实现了覆盖3 300 MHz —3 600 MHz 的四天线系统，对于其他的5G 频段，例如3 800 MHz —4 200 MHz 、4 400 MHz —5 000 MHz ，则没有实现覆盖。文献[2]在非常小的尺寸下，在金属地板的两侧分别放置了两个天线，最终实现了覆盖3 400 MHz —3 600 MHz 的八天线系统。本文采用耦合馈电和正交模式的方法，充分利用金属边框，实现了覆盖3 300 MHz —5 000 MHz 的八天线系统。
2  天线的结构
本文所提出的天线系统如图1所示，从图1可以看出，该天线单元主要由2种天线单元构成，两种单元具有正交性，并且都采用耦合馈电的方式，都是由耦合馈电线和接地枝节构成。第一种天线单元位于地板的上方，第二种天线单元位于地板的侧边，天线的地板大小为135 mm ×75 mm ，介质板的材料是FR4，相对介电常数为4.4，损耗为0.02。天线的具体尺寸如图1所示，将天线单元1到天线单元4通过对称可以得到天线单元5到天线单元8。
图1    天线的示意图
3  天线的仿真结果
对上面所描述的天线进行仿真，可以得到关于天线的S 参数以及天线的效率，图2和图3给出了天线的S
参数。从图2可以看出，该天线的8个天线单元都可以覆盖-6 dB 的3 300 MHz —5 000 MHz 。从图3可以看出，该天线单元1到天线单元4之间的隔离度都大于10 dB 。从图1可以看出，由于天线结构具有对称性，天线单元5到天线单元8之间的隔离度可以同理获得。图4给出了仿真的天线效率，第一种天线单元的仿真效率在工作频带内为45%~51%，第二种天线单元的仿真效率为52%~57%，能够满足移动通信终端的效率要求。
4  结束语
本文采用耦合馈电的方式，应用正交模式的方法，实现应用于移动终端的宽带八天线系统，该天线系统主要由两种天线单元构成，该天线的8个天线单元都可以覆盖-6 dB 的3 300 MHz —5 000 MHz ，天线单元之间的隔离度都大于10 dB ，8个天线单元的辐射效率
S 参数/d B
频率/GHz
S12S13S14S24
-10
-15
-20
-25
-30
3.0      3.3      3.6      3.9
4.2      4.5      4.8
5.1      5.4
S 参数/d B
频率/GHz
S11/S33/S55/S77
S22/S44/S66/S88
-6
-12
3.0      3.3      3.6      3.9
4.2      4.5      4.8
5.1      5.4
图2    仿真的天线反射系数图3    仿真的天线传输系数
“微波器件与RFID 定位算法”专题
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2019年第2期
在工作频带内均大于40%，满足移动通信系统对终端的效率要求。
参考文献：
[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-Pacifi c Conference on Antennas and Propagation (APCAP). 2016: 323-324. [3] K L
W ong, J Y Lu. 3.6 GHz 10-antenna array for MIMO operation in the smartphone[J]. Microwave Optical Te
c hnology Letters, 2015,57(7): 1699-1704.[4] K L Wong, J Y Lu, L Y Chen, et al. 8-antenna and
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[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.
黄代炜（/0000-0002-6882-4693）：
博士就读于清华大学，学士毕业于西安电子科技大学，研究方向包括移动终端天线，双极化天线，MIMO 天线。
杜正伟：清华大学教授
、
博导，清华大学电子工程系博士后研究人员，
博士毕业于电子科技大学
，现为IET Electronics Letters 的Associate Editor 、《微波学报》副主编、中国电子学会微波分会委员，主要从事电子设备强电磁脉冲效应、新型宽带/多频段天线、微波电路、计算电磁学等方面的科研与教学工作。
作者简介
[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. M
u ltiband 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.★
效率
频率/GHz
Ant1/Ant3/Ant5/Ant7
Ant2/Ant4/Ant6/Ant8
0.8
0.6
0.4
0.2
3.0      3.3      3.6      3.9
4.2      4.5      4.8
5.1      5.4
图4    天线的仿真效率

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