CN102593587A - 具有高隔离度的三频段双天线 - Google Patents

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陶睿
章文昕
彭宏利
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Abstract

本发明公开了一种具有高隔离度的三频段双天线，在DCS/PCS/UMTS三频段内隔离度优于-20dB，双天线的设计采用网络对消原理和ADS和HFSS协同仿真优化的方法，优化模型中包括三个组成部分：(1)四天线S参数矩阵，(2)功分器，(3)移相器，根据优化模型制作了双天线实物进行了测试验证，在DCS/PCS/UMTS三频段内隔离度优于-20dB，仿真和测试结果较好的吻合，验证了设计的在DCS/PCS/UMTS三频段的具有高隔离度的双天线的有效性。

Description

具有高隔离度的三频段双天线
技术领域
本发明专利涉及一种具有高隔离度的用户设备(UE)DCS/PCS/UMTS三频段双天线。
背景技术
为了更有效地利用现有频谱资源，并促进LTE逐渐商用，多模多连接移动终端(Multi-mode Multi-link UE，M3L-UE)已受到人们的日益重视。比如3GPP已经在新版本定义Type A和Type B终端为M3L-UE。由于M3L-UE是一个多无线链路同时激活的智能移动终端，将面临大量的软、硬件技术和产品化实现问题。在M3L-UE众多硬件技术问题中，射频互干扰问题是其中最亟待解决的基础关键技术问题之一。原因是，M3L-UE是一个小型化设备，M3L-UE的多个天线距离很近，天线间的电磁互耦很强，从而导致M3L-UE各无线电模块之间存在较强的互干扰。射频互干扰问题会导致M3L-UE频谱资源的分配、物理层链路指标分配与协调、底层信令交互设计与管理等一系列基础性软硬件技术问题，也导致M3L-UE用户电磁场健康安全性问题，还会导致用户体验评价问题。互干扰问题如果在M3L-UE起步时没有得到充分克服，会严重影响M3L-UE的正常工作。
上面分析说明，M3L-UE天线间的强电磁互耦是产生M3L-UE互干扰问题的重要原因。因此，如何有效降低M3L-UE天线间的强电磁互耦，或者说，如何有效提高M3L-UE天线间的隔离度是一个急需解决的技术问题。
通过对现有技术检索发现，现有的多天线设计中往往缺乏明确的设计思路且涉及提高隔离度的频段也往往是单频段，如ELECTRONICS LETTERS Vol.46，No.6中的文章：具有高隔离度的紧凑多天线设计Compact MIMO antenna with high isolationperformance，文中介绍了一种在WLAN(2.4G)频段具有高隔离度的双天线，但是其加入的用以提高隔离度的连接线设计没有明确的设计思路，设计的逻辑性不强，不具有通用性，且只能提高WLAN(2.4G)这一单频段。
发明内容
针对目前业界缺乏高性能，低成本的M3L-UE双天线，本发明提出了一种具有高隔离度的三频段双天线，该天线在DCS/PCS/UMTS三频段内隔离度优于-20dB。双天线的设计采用网络对消原理和ADS和HFSS协同仿真优化的方法，通过以下技术方案实现：
一种具有高隔离度的三频段双天线，包括：四端口S参数矩阵、功分器和移相器，其中，四端口S参数矩阵根据端口对应关系，分别连接功分器和移相器。
具有高隔离度的三频段双天线采用网络对消原理及ADS和HFSS协同仿真优化的方法，所述ADS和HFSS协同仿真优化的方法为：
(1)由初始单天线组成，并在HFSS中仿真得到四端口S参数矩阵；
(2)将第(1)步得到的四端口S参数矩阵导入ADS中，根据端口对应关系连接功分器和移相器。
(3)通过第(1)步和第(2)步的连接设计，形成两个双天线，记为第一单元和第二单元，第一单元和第二单元经过移相器，并联组成具有高隔离度的三频段双天线。
所述第(3)步中第一单元和第二单元经过移相器，相位差为180度。
所述功分器为威尔金斯功分器。
所述移相器由微带传输线实现。
根据ADS优化模型建立HFSS的实物3D模型，进行仿真并加工进行了测试验证，测试与仿真较好的吻合，在DCS，PCS，UMTS整个频段内隔离度在-20dB以下，是一款具有高隔离度的三频段双天线。
附图说明
图1双天线设计优化模型；
图2初始单天线模型；
图3初始单天线S参数；
图4四端口天线模型；
图5四端口天线S参数；
图6威尔金斯功分器模型；
图7威尔金斯功分器S参数；
图8在DCS/PCS/UMTS三频段具有高隔离度的双天线模型；
图9在DCS/PCS/UMTS三频段具有高隔离度的双天线仿真和测试的S参数；
图10在DCS/PCS/UMTS三频段具有高隔离度的双天线1.8GHz，Phi＝0度时方向图；
图11在DCS/PCS/UMTS三频段具有高隔离度的双天线1.9GHz，Phi＝0度时方向图；
图12在DCS/PCS/UMTS三频段具有高隔离度的双天线2.0GHz，Phi＝0度时方向图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例提供了一种具有高隔离度的三频段双天线，该天线在DCS/PCS/UMTS三频段内隔离度优于-20dB。双天线的设计采用网络对消原理及ADS和HFSS协同仿真优化的方法，其优化模型如附图1所示，包括：四端口S参数矩阵、功分器和移相器，其中，四端口S参数矩阵根据端口对应关系，分别连接功分器和移相器。
ADS和HFSS协同仿真优化的方法为：
(1)由初始单天线组成，并在HFSS中仿真得到四端口S参数矩阵；
(2)将第(1)步得到的四端口S参数矩阵导入ADS中，根据端口对应关系连接功分器和移相器。
(3)通过第(1)步和第(2)步的连接设计，形成两个双天线，记为第一单元和第二单元，第一单元和第二单元经过移相器，并联组成具有高隔离度的三频段双天线。
具体为：
以已设计好的初始单天线为出发点，初始单天线模型如附图2所示，初始单天线的S参数如附图3所示；将初始单天线组成四端口S参数矩阵，该矩阵模型如附图4所示；在HFSS中仿真得到四端口S参数矩阵如附图5所示，将HFSS中仿真得到的四端口S参数矩阵导入ADS中，根据端口对应关系连接功分器和移相器，如附图1中的优化模型所示。通过如上所述的连接设计，形成两个双天线，记为第一单元和第二单元，这两个双天线由于经过了移相器，相位差约为180度，将第一单元和第二单元并联组成新的双天线系统，这样新的MIMO会有较高的隔离度。设计的功分器为威尔金斯功分器，结构如附图6所示，其S参数如附图7所示，移相器由微带传输线实现。
根据ADS优化模型建立HFSS的实物3D模型，如附图8所示，进行仿真并加工进行了测试验证，如附图9所示，测试与仿真较好的吻合，在DCS，PCS，UMTS整个频段内隔离度优于-20dB，验证了本实施例是一款具有高隔离度的三频段双天线，具有高隔离度的三频段双天线的方向图如附图10-12所示。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有高隔离度的三频段双天线，其特征在于，包括：四端口S参数矩阵、功分器和移相器，其中，四端口S参数矩阵根据端口对应关系，分别连接功分器和移相器。
2.根据权利要求1所述的具有高隔离度的三频段双天线，其特征在于，采用网络对消原理及ADS和HFSS协同仿真优化的方法，所述ADS和HFSS协同仿真优化的方法为：
(1)由初始单天线组成，并在HFSS中仿真得到四端口S参数矩阵；
(2)将第(1)步得到的四端口S参数矩阵导入ADS中，根据端口对应关系连接功分器和移相器；
(3)通过第(1)步和第(2)步的连接设计，形成两个双天线，记为第一单元和第二单元，第一单元和第二单元经过移相器，并联组成具有高隔离度的三频段双天线。
3.根据权利要求2所述的具有高隔离度的三频段双天线，其特征在于，所述第(3)步中第一单元和第二单元经过移相器，相位差为180度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的具有高隔离度的三频段双天线，其特征在于，所述功分器为威尔金斯功分器。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的具有高隔离度的三频段双天线，其特征在于，所述移相器由微带传输线实现。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1921341A (zh) * 2006-09-12 2007-02-28 京信通信技术(广州)有限公司 具有可变波束宽度的波束形成网络
CN101594669A (zh) * 2009-06-30 2009-12-02 中兴通讯股份有限公司 一种相近频段无线设备抗干扰的方法和装置
US20110050528A1 (en) * 2009-09-01 2011-03-03 Skycross, Inc. High isolation antenna system

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