CN106025500A - 利用解耦网络的多重天线 - Google Patents

Abstract

一种利用解耦网络的多重天线。本发明提供一种天线，包括：多个单元天线；解耦网络，其使多个单元天线中至少一个单元天线与其余单元天线隔离；至少一个开关，其与收发信号的收发部或电抗元件连接；及控制部，其控制至少一个开关，把收发部或电抗元件与多个单元天线中至少一个单元天线连接。

Description

利用解耦网络的多重天线

技术领域

本发明涉及利用解耦网络(decoupling network)的多重天线。

背景技术

在天线领域，多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)技术是一种能够达成高传送效率、增大无线通信系统的性能及信道容量的移动通信领域的核心技术。

在这种MIMO天线系统的体现方面存在几个问题。特别是为了使MIMO天线系统小型化，需要在比工作频率的半波长还小的长度内配置两个以上的天线元件，此时，天线相互间的耦合影响会增加。

发明内容

(要解决的技术课题)

本发明要解决的课题是提供一种天线，使MIMO天线的相互间耦合影响减小，能够根据天线的运用环境，作为MIMO天线或具有互不相同方向性的分集天线运转。

(解决的解决手段)

根据本发明的一个实施例，提供一种天线，包括：多个单元天线；解耦网络，其使多个单元天线中至少一个单元天线与其余单元天线隔离；至少一个开关，其与收发信号的收发部或电抗元件连接；及控制部，其控制至少一个开关，把收发部或电抗元件与多个单元天线中至少一个单元天线连接。

在所述天线中，解耦网络在收发部与多个单元天线中的第1单元天线连接时，可以使第1单元天线与其余单元天线隔离。

在所述天线中，解耦网络可以以与多个单元天线连接的传送线路的特性阻抗、相位延迟值以及解耦网络中包含的并联电抗的导纳值为基础，对与解耦网络连接的至少一个单元天线的反射系数进行补偿。

在所述天线中，控制部可以控制至少一个开关，连接收发部与多个单元天线中至少一个第1单元天线，连接电抗元件与多个单元天线中至少一个第2单元天线，从而使天线作为分集天线运转。

在所述天线中，在天线作为分集天线运转的情况下，与收发部连接的至少一个第1单元天线可以作为有源元件运转，与电抗元件连接的至少一个第2单元天线作为寄生元件运转。

在所述天线中，控制部控制至少一个开关，把多个单元天线与收发部连接，从而使天线作为MIMO(多输入多输出，multiple input multiple output)天线运转。

在所述天线中，在天线作为MIMO天线运转的情况下，与收发部连接的多个单元天线可以全部作为有源元件运转。

在所述天线中，控制部可以对通过多个单元天线接收的信号的灵敏度进行比较，当通过多个单元天线中的第1单元天线接收的信号的灵敏度低下时，把天线的模式转换为第1单元天线作为寄生元件运转的分集模式。

在所述天线中，控制部可以测量通过至少一个第1单元天线接收的信号的灵敏度，当信号的灵敏度良好时，把天线的模式转换为多个单元天线全部作为有源元件运转的MIMO模式。

在所述天线中，控制部可以测量通过至少一个第1单元天线接收的信号的灵敏度，当信号的灵敏度低下时，把天线的模式转换为至少一个第1单元天线作为寄生元件运转、至少一个第2单元天线作为有源元件运转的分集模式。

在所述天线中，控制部在转换天线的模式之前，把天线的模式转换为多个单元天线全部作为有源元件运转的MIMO模式，对通过多个单元天线接收的信号的灵敏度进行比较。

(发明效果)

根据本发明的一个实施例，可以根据选择性切换，以作为MIMO天线或具有互不相同指向性的分集天线运转，通过解耦网络，可以提高天线包含的各单元天线的隔离度，减小因反射系数导致的影响。

附图说明

图1是显示本发明一个实施例的解耦网络的图。

图2是显示本发明一个实施例的多重天线的图。

图3是显示本发明另一实施例的多重天线的图。

具体实施方式

下面以附图为参考，对本发明的实施例进行详细说明，以便本发明所属技术领域的技术人员能够容易地实施。但是，本发明可以由多种不同的形态体现，并不限定于在此说明的实施例。而且，在附图中，为了明确说明本发明，与说明无关的部分省略，对于说明书通篇中类似的部分，赋予了类似的附图符号。

在通篇说明书中，移动电台(mobile station，MS)既可以指称终端(terminal)、移动终端(mobile terminal，MT)、先进移动电台(advanced mobilestation，AMS)、高可靠性移动电台(high reliability mobile station，HR-MS)、用户站(subscriber station，SS)、便携用户站(portable subscriberstation，PSS)、接入终端(access terminal，AT)、用户设备(user equipment，UE)等，也可以包括MT、MS、AMS、HR-MS、SS、PSS、AT、UE等的全部或一部分功能。

另外，基站(base station，BS)既可以指称先进基站(advanced basestation，ABS)、高可靠性基站(high reliability base station，HR-BS)、节点B(node B)、进化节点B(evolved node B，eNodeB)、接入点(access point，AP)、无线接入基站(radio access station，RAS)、收发基站(base transceiverstation，BTS)、MMR(mobile multihop relay，移动多跳中继)-BS、执行基站作用的中继器(relay station，RS)、执行基站作用的中继节点(relay node，RN)、执行基站作用的先进中继器(advanced relay station，ARS)、执行基站作用的高可靠性中继器(high reliability relay station，HR-RS)、小型基站[微基站(femoto BS)、家庭节点B(home node B，HNB)、家庭eNodeB(HeNB)、微型基站(pico BS)、地铁基站(metro BS)、微区基站(microBS)等]等，也可以包含ABS、节点B、eNodeB、AP、RAS、BTS、MMR-BS、RS、RN、ARS、HR-RS、小型基站等的全部或一部分功能。

图1是显示本发明一个实施例的解耦网络的图。

本发明一个实施例的天线可以包括多个单元天线(elementantenna)(111，112)，各单元天线可以与解耦网络(120)连接。

解耦网络(120)包括两个传送线路(121，122)、并联电抗(123)以及共同接地线(124)。在解耦网络(120)中，各传送线路(121，122)负担从端口到天线的连接，各传送线路(121，122)可以具有特性阻抗Z₀及相位延迟θ。另外，各传送线路(121，122)可以通过具有导纳jB的并联电抗(123)及共同接地线(124)而相互连接。在本发明的一个实施例中，解耦网络(120)的传送线路(121，122)的特性阻抗Z₀、相位延迟值θ以及并联电抗(123)的导纳jB等可以决定使得能够补偿各单元天线(111，112)的反射系数S-₁₁的大小及相位。

此时，相位延迟值θ可以如以下数字式1所示计算。

在数学式1中，φ意味着邻接单元天线间的耦合系数中的相位部分(耦合相位)，根据数学式1，单元天线间的耦合相位导致的影响可以减小。例如，在解耦网络的构成地点，耦合相位可以为π/2。

【数学式1】

$\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}(\mathrm{\φ}\±\frac{\mathrm{\π}}{2})$

而且，导纳jB的电纳B可以如以下数学式2所示计算。

在数学式2中，Y₀为与天线阻抗的倒数相应的耦合导纳，α意味着在回路上的相同地点测量的耦合系数的大小。此时，天线阻抗根据数学式1，可以为相位延迟之后的天线的阻抗。数学式2的回路与共同接地线(124)连接，能够防止引入一个单元天线的信号激发其它单元天线。

【数学式2】

$B=\±\frac{2\mathrm{\α}}{1+{\mathrm{\α}}^2}{Y}_0$

本发明一个实施例的天线的设计顺序如下。

首先，决定相互靠近的两天线的传送系数S₂₁的大小与相位。而且，通过数学式1及数学式2，决定传送线路(121，122)的相位延迟值θ及并联电抗(123)的导纳jB。然后，以S₂₁、θ及jB为基础，可以计算在t₃线观察的输入导纳行列的各成份。最后，使用共同接地线(124)执行阻抗匹配，从而输入导纳可以匹配到系统导纳。

图2是显示本发明一个实施例的天线的图。

本发明一个实施例的天线包括多个单元天线(2101，…，210n)、解耦网络(220)、交换网络(230)以及控制部(240)。

控制部(240)可以控制交换网络(230)中包含的多个开关，使多个单元天线(210₁，…，210_n)作为有源元件(active element，AE)或寄生元件(parasiticelement，PE)运转。在本发明的一个实施例中，交换网络(220)中包含的开关可以把多个单元天线(210₁，…，210_n)与收发部(图中未示出)或电抗(图中未示出)中的至少一个进行连接。当单元天线与收发部连接时，与收发部连接的单元天线可以作为有源元件运转。当单元天线与电抗连接时，与电抗连接的单元天线可以作为寄生元件运转。当天线中包含的所有单元天线(210₁，…，210_n)作为有源元件运转时，天线可以以MIMO模式运转。但是，当多个单元天线(210₁，…，210_n)中至少一个单元天线作为寄生元件时，天线可以以分集(diversity)模式运转。

此时，解耦网络(220)根据交换网络(230)的切换运转，既可以与多个单元天线(210₁，…，210_n)连接，也可以不连接。在本发明的一个实施例中，解耦网络(230)可以连接于作为有源元件运转的单元天线。

图3是显示本发明另一实施例的天线的图。

本发明另一实施例的天线包括多个单元天线(311，312)、解耦网络(320)、多个开关(331至334)以及控制部(340)。在本发明另一实施例中，以包括2个单元天线的天线为例进行说明，本发明另一实施例的天线可以在无线网络的终端或基站中使用。

控制部(340)控制多个开关，可以使得本发明另一实施例的天线中包含的各单元天线(311，312)作为有源元件或寄生元件运转。

此时，解耦网络(320)根据控制部(340)的指示，既可以与单元天线(311，312)连接，也可以不连接。例如，解耦网络(320)在多个单元天线与收发部连接并作为有源元件运转的情况下，抑制与多个单元天线连接并作为有源元件运转的单元天线间的干扰，从而能够强化隔离(isolation)特性。

多个开关中的第1开关(331)及第2开关(332)可以与收发部连接，向与第3开关(333)及第4开关(334)连接的单元天线(311，312)传递发射信号，或把单元天线(311，312)接收的信号传递给收发部。即，单元天线(311，312)如果与第1开关(331)或第2开关(332)连接，则可以作为发送接收信号的有源元件运转。

而且，多个开关中的第3开关(333)及第4开关(334)可以把电抗元件、第1开关(331)或第2开关(332)、或解耦网络(320)与单元天线连接。当两个单元天线(311，312)中的一个单元天线与电抗元件连接时，本发明一个实施例的天线可以作为分集天线运转。当第3开关(333)及第4开关(334)把单元天线(311，312)连接到第1开关(331)及第2开关(332)时，本发明一个实施例的天线可以作为MIMO天线运转，此时，各单元天线(311，312)可以与解耦网络(320)连接。

随着控制部(340)的选择性切换，本发明另一实施例的天线的运转如下。

如果控制部(340)把开关控制在“A”位置(MIMO模式)，则本发明另一实施例的天线可以作为MIMO天线运转。如果开关控制在“A”位置，则收发部可以通过第1开关(331)及第2开关(332)、第3开关(333)及第4开关(334)，分别连接于解耦网络(320)和单元天线(311，312)。因此，各单元天线(311，312)可以全部作为能够与收发部发送接收信号的有源元件运转，本发明另一实施例的天线可以作为MIMO天线运转，此时，借助于解耦网络(320)，单元天线(311，312)间的干扰可以减小。

如果控制部(340)把开关控制在“B”位置(第1分集模式)，则本发明另一实施例的天线可以作为包括有源元件及寄生元件的分集天线运转。此时，第3开关(333)与第1开关(331)连接，连接于第1开关(331)的收发部与第1单元天线(311)连接，因而第1单元天线(311)可以作为有源元件运转。而且，与第4开关(334)连接的电抗元件与第2单元天线(312)连接，第2单元天线(312)可以作为寄生元件运转。此时，控制部调整与第2单元天线(312)连接的电抗成份，从而能够使天线的指向特性可变。

如果控制部(340)把开关控制在“C”位置(第2分集模式)，则本发明另一实施例的天线可以作为包括有源元件及寄生元件的分集天线运转。此时，第4开关(334)与第2开关(332)连接，连接于第2开关(332)的收发部与第2单元天线(312)连接，因而第2单元天线(312)可以作为有源元件运转。而且，与第3开关(333)连接的电抗元件与第1单元天线(311)连接，第1单元天线(311)可以作为寄生元件运转。另外，此时，控制部调整与第1单元天线(311)连接的电抗成份，从而能够使天线的指向特性可变。

另一方面，当本发明另一实施例的天线作为MIMO天线运转时，本发明另一实施例的天线可以在把天线模式从MIMO天线变更为分集天线的情况下使用。例如，当因对MIMO天线各单元天线的接收灵敏度低下而发生天线模式从MIMO天线转换为分集天线的需要时，可以对MIMO天线的各单元天线的接收灵敏度进行比较，决定MIMO模式的天线是转换为B模式的分集天线还是转换为C模式的分集天线。即，在MIMO模式下，如果第1单元天线(311)的接收灵敏度低下，则天线可以转换为第1单元天线(311)作为寄生元件运转的第2分集模式。另外，在MIMO模式下，如果第2单元天线(312)的接收灵敏度低下，则天线可以转换为第2单元天线(312)作为寄生元件运转的第1分集模式。

本发明另一实施例的天线可以根据以第1分集模式运转中的接收灵敏度变化，把天线模式转换为MIMO模式或第2分集模式等其它分集模式。例如，如果作为有源元件运转的单元天线的接收灵敏度提高，则天线为了提高接收效率，可以把天线模式转换为接收性能更好的MIMO模式。

另外，在第1分集模式下，当作为有源元件运转的第1单元天线的接收灵敏度低下时，天线可以转换为具有不同指向性的分集模式。此时，天线可以首先把天线模式转换为MIMO模式，确认其它单元天线的接收灵敏度，当第2单元天线等其它单元天线的接收灵敏度更好时，把天线的模式转换为第2分集模式。

如以上所作的说明，本发明实施例的天线可以根据选择性切换而作为MIMO天线或分集天线运转，可以通过解耦网络提高天线包含的各单元天线的隔离度，可以减小反射系数导致的影响。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但本发明的权利范围并非限定于此，所属领域的技术人员利用以下权利要求书中定义的本发明的基本概念而进行的多种变形及改良形态也属于本发明的权利范围。

Claims (11)

1.一种天线，其特征在于，包括：

多个单元天线；

解耦网络，其使所述多个单元天线中至少一个单元天线与其余单元天线隔离；

至少一个开关，其与收发信号的收发部或电抗元件连接；及

控制部，其控制所述至少一个开关，把所述收发部或所述电抗元件与所述多个单元天线中至少一个单元天线连接。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述解耦网络在所述收发部与所述多个单元天线中的第1单元天线连接时，

使所述第1单元天线与其余单元天线隔离。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述解耦网络以与所述多个单元天线连接的传送线路的特性阻抗、相位延迟值以及所述解耦网络中包含的并联电抗的导纳值为基础，对与所述解耦网络连接的至少一个单元天线的反射系数进行补偿。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述控制部控制所述至少一个开关，连接所述收发部与所述多个单元天线中的至少一个第1单元天线，并连接所述电抗元件与所述多个单元天线中的至少一个第2单元天线，从而使所述天线作为分集天线运转。

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，

在所述天线作为分集天线运转的情况下，与所述收发部连接的至少一个第1单元天线作为有源元件运转，与所述电抗元件连接的至少一个第2单元天线作为寄生元件运转。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述控制部控制所述至少一个开关，把所述多个单元天线与所述收发部连接，从而使所述天线作为多输入多输出天线运转。

7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，

在所述天线作为多输入多输出天线运转的情况下，与所述收发部连接的所述多个单元天线全部作为有源元件运转。

8.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，

所述控制部对通过所述多个单元天线接收的信号的灵敏度进行比较，当通过所述多个单元天线中的第1单元天线接收的信号的灵敏度低下时，把所述天线的模式转换为所述第1单元天线作为寄生元件运转的分集模式。

9.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，

所述控制部测量通过所述至少一个第1单元天线接收的信号的灵敏度，当所述信号的灵敏度良好时，把所述天线的模式转换为所述多个单元天线全部作为有源元件运转的多输入多输出模式。

10.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，

所述控制部测量通过所述至少一个第1单元天线接收的信号的灵敏度，当所述信号的灵敏度低下时，把所述天线的模式转换为所述至少一个第1单元天线作为寄生元件运转、所述至少一个第2单元天线作为有源元件运转的分集模式。

11.根据权利要求10所述的天线，其特征在于，

所述控制部在转换所述天线的模式之前，把所述天线的模式转换为所述多个单元天线全部作为有源元件运转的多输入多输出模式，对通过所述多个单元天线接收的信号的灵敏度进行比较。