基于特征模理论和表面电流分布的5G/6G移动终端用紧凑型三频段双天线系统

《ARABIAN JOURNAL FOR SCIENCE AND ENGINEERING》：A Compact Tri-Band Dual-Antenna System for 5G/6G Mobile Terminals Based on Characteristic Mode Theory and Surface Current Distribution

提出紧凑型三频段双天线系统，通过倒F天线、多功能缺陷接地结构和中性化线协同优化，解决5G/6G终端小型化、多频段共存及高互耦隔离问题，实测隔离度达-48.6dB，支持扩展至多天线MIMO配置。

　　

摘要

为5G/6G移动终端开发紧凑型多频段MIMO天线面临诸多挑战，主要源于天线小型化、多频段操作和高元件间隔离度之间的权衡。传统的解耦技术通常需要为每个频段分别设计复杂的结构，这增加了设计的复杂性和占用面积，与现代设备对空间的严格要求相矛盾。为了解决这些问题，本文提出了一种适用于5G及未来6G移动终端的紧凑型三频段双天线系统。该设计包括两个经过改进的倒F型天线（IFA），其带有延长的寄生馈电臂；一种多功能缺陷地面结构（DGS），该结构同时作为低频段的辐射器以及中高频段的解耦结构；还有一条用于低频段解耦的中和线。该系统工作在3.3–3.6 GHz、5.1–5.9 GHz和6.7–7.8 GHz频段。元件间距为5毫米，整个天线的尺寸为6毫米×38毫米（约0.07λmin×0.44λmin，其中λmin对应最低工作频率）。通过战略性结构调整实现了独立的三频段调谐：DGS的尺寸控制低频段的辐射并实现中高频段的解耦，IFA臂的长度调节中频段的性能，而寄生馈电臂的间距优化高频段的响应。仿真结果显示，在3.3–3.6 GHz频段的端口隔离度为-16.5 dB，在5.1–5.9 GHz频段为-18至-23 dB，在6.7–7.8 GHz频段为-17至-26 dB。实测结果表现更为优异，各工作频段的峰值隔离度分别达到了-23.2 dB、-23.7 dB和-48.6 dB。双天线系统的运行机制通过特征模式理论和表面电流分布进行了解释。所提出的三频段设计提供了一种紧凑且低成本的架构，可以轻松扩展到移动终端中的多天线MIMO配置。