CN106571526A - 移动通讯系统终端mimo天线的解耦方法及解耦网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法及解耦网络，解耦网络包括天线1及与天线1对应的端口1、天线2及与天线2对应的端口2、耦合谐振腔；通过在天线端口之间接入一个额外的耦合谐振腔，引入一个等幅反相的电流与耦合电流相互抵消，则端口2便不会收到来自端口1的功率，实现解耦。本发明具有非常好的天线信号耦合消除效果，而且配置简单，占用系统空间资源不大，从而提升双天线系统的隔离度，提高天线辐射效率，大大降低天线的空间相关性，实现解耦。

Description

移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法及解耦网络

技术领域

本发明涉及用于移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法及解耦网络。

背景技术

随着第四代无线通讯网络的大规模商用和第五代移动通信的技术快速发展，越来越多的手机终端开始采用MIMO双天线以提高无线传输速率。然而受制于手机内有限的空间，双天线系统中的每个天线接收/发射的能量都会通过空间耦合对另外一个天线的收发造成干扰，进而减弱了MIMO双天线系统本身的数据吞吐率。为了提高吞吐率，一个必要条件就是要有较低的相关性。因此如何在较小体积内实现有效的多单元天线解耦，降低其相关性，获得分集增益以及提高信道容量已成为学术界和工业界共同关注的热点问题。

另外，现有的手机终端已经广泛支持诸如移动通信，GPS，IEEE802.11等通信协议共存。针对不同的通信协议，均需要配置不同的收发天线，这些天线工作在相近的频段，彼此之间也存在着互相耦合和干扰。如何解决不同通信天线之间的互相干扰与影响，也是第五代移动通信系统中必须解决的关键问题。

关于终端的MIMO天线解耦设计，最早的研究是70年代，J.B.Anderson等学者提出了针对特定间距的天线的解耦技术，从06年至今，有较多的关于终端天线解耦网络设计的研究工作发表，通讯公司和研究机构也提出了多种解耦方式和结构。其中HP和QUALCOMM 公司在其终端上采用了极化和空间分集的方式进行解耦，但体积较大且易受外界环境影响。Panasonic和INTEL公司在收发天线间使用了信号处理芯片和调谐模块以保证解耦的实时性和准确性，缺点是带宽窄、成本高且结构复杂。加州大学洛杉矶分校电气工程系的学者提出一种基于模式的紧耦合低相关天线阵列，可根据信号组合算法进行360波束扫描，但在不同模式下其天线的效率有所差别，且工作带宽较窄，体积较大。飞利浦公司提出一种带有分集/MIMO阵列支路解耦的无线通信系统，通过建立天线阵列的接收特征，建立相关联的身份特征，以此确立接收信号的解耦信号参数，实现低的相关特性。

发明内容

1.发明目的：

针对无线通信系统中终端(常见形式为手机)对信道容量，数据吞吐率和可靠性的需求，本发明通过设计解耦网络以抵消互耦造成的干扰和影响，提高天线辐射效率，大大降低天线的空间相关性，这对于提高通信系统的容量和频谱利用率有重要的意义。

2.技术方案：

移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法，通过在天线端口之间接入一个额外的耦合谐振腔，引入一个等幅反相的电流与耦合电流相互抵消，从而提升双天线系统的隔离度，提高天线辐射效率，大大降低天线的空间相关性，实现解耦。

移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法，所述的耦合谐振腔利用可调低通滤波器实现解耦。

移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法，所述的耦合谐振腔通过由电容和电感构成的两个谐振单元以及他们之间的直接耦合和交叉耦合来实现解耦。

利用移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法实现的解耦网络，包括天线1及与天线1对应的端口1、天线2及与天线2对应的端口2、耦合谐振腔；馈入端口1的功率是通过三条路径消耗的：第一条路径辐射至自由空间；第二条路径通过自由空间，耦合到天线2，并对天线2造成干扰；而第三条路径的功率，通过耦合谐振腔耦合到天线2；所述耦合谐振腔可以使通过第二条路径和第三条路径的耦合等幅反相，则端口2便不会收到来自端口1的功率，实现解耦。

利用移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法实现的解耦网络，所述耦合谐振腔包括电容和电感构成的直接耦合和交叉耦合的两个谐振单元。

利用移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法实现的解耦网络，所述耦合谐振腔包括可调低通滤波器。

利用移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法实现的解耦网络，其特征是还包括两个阻抗匹配网络，所述端口1和端口2分别通过1个阻抗匹配网络与耦合谐振腔相连。

3.有益效果：

本发明所公开的移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法及解耦网络，对于紧凑型双天线MIMO终端系统，具有非常好的天线信号耦合消除效果，而且配置简单，占用系统空间资源不大，非常适合实际应用。配上阻抗匹配网络，当工作频段需要覆盖不同的接收和发射频率时，可以实现宽带的解耦网络特性，提高两端口隔离度，且能匹配不同的天线形式，具有强大的移植性和兼容性，大大降低手机制造商的生产成本。

附图说明

图1是解耦网络工作机理示意。

图2是电容/电感谐振耦合谐振腔电路示意图。

图3是可调低通滤波器耦合谐振腔电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施实例和附图对本发明作进一步说明。

实施例1

移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法，通过在天线端口之间接入一个额外的耦合谐振腔，引入一个等幅反相的电流与耦合电流相互抵消，从而提升双天线系统的隔离度，提高天线辐射效率，大大降低天线的空间相关性，实现解耦。所述的耦合谐振腔利用可调低通滤波器实现解耦。

实施例2

移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法，通过在天线端口之间接入一个额外的耦合谐振腔，引入一个等幅反相的电流与耦合电流相互抵消，从而提升双天线系统的隔离度，提高天线辐射效率，大大降低天线的空间相关性，实现解耦。所述的耦合谐振腔通过由电容和电感构成的两个谐振单元以及他们之间的直接耦合和交叉耦合来实现解耦。

实施例3

利用移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法实现的解耦网络，如图1所示，包括天线1及与天线1对应的端口1、天线2及与天线2对应的端口2、耦合谐振腔；馈入端口1的功率是通过三条路径消耗的：路径1辐射至自由空间；路径2通过自由空间，耦合到天线2，并对天线2造成干扰；而路径3的功率，通过耦合谐振腔耦合到天线2；所述耦合谐振腔可以使通过路径2和路径3的耦合等幅反相，则端口2便不会收到来自端口1的功率，实现解耦。上图中，核心部分是耦合谐振腔，其不同形式的实现，便对应不同形式的解决多天线耦合的电路形式。把电路实现以集成电路形式实现便可实现解耦合网络的产品化和实用化。

实施例4

利用移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法实现的解耦网络，如图2所示，其中1和2分别是解耦网络的输入和输出端，3和4指收发天线，其结构形式不限并且两者可以相同或不同。5和6是在解耦网络和收发天线间引入的传输线，用于优化天线的隔离度，确保最低的相关性。7是耦合谐振腔的一种实现形式，通过C1/L1和C2/L2构成的两个谐振单元以及他们之间的直接耦合和交叉耦合来实现解耦。其中MS1代表源和谐振单元1之间的耦合，M12代表两个谐振单元间的耦合，M2L代表谐振单元2和负载之间的耦合，MS2代表源和谐振单元2之间的耦合，M2L代表谐振单元2和负载之间的耦合，MSL表示源和负载间的交叉耦合。通过调节这些耦合值，就能实现天线解耦的作用。8和9是可选的阻抗匹配网络，当工作频段需要覆盖不同的接收和发射频率时，可以实现宽带的解耦网络特性。由于谐振单元1和2之间的耦合程度对整个系统的解耦性能影响很小，可忽略不计。因此我们可将虚线框内的耦合谐振器设计成一个固定的通用无源芯片，仅通过改变输入输出耦合元件就能匹配不同的天线形式，提高两端口隔离度，同时保证一定的匹配带宽。因此该解耦网络芯片技术适用于相同工作频段下的任何MIMO结构，体现了其强大的移植性和兼容性。

实施例5

在实施例3的基础上，利用移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法实现的解耦网络，所述耦合谐振腔以可控制参数的低通滤波器电路形式实现双天线间的解耦合效果，如图3所示，包括输入可调耦合电路，内核滤波器电路，以及输出可调耦合电路。所述内核电路采用低通滤波器形式，滤波器两边配合以可调电路以完成天线耦合信号的消除。所述低通滤波器为常见的低通滤波器。由于滤波器可以很容易采用低温陶瓷烧结技术(LTCC)实现，因此该部分产品化很容易。输入/输出可调耦合电路则以外围电路的形式与内核电路连接以方便调节不同耦合的强度。在实际应用中，用户只需要控制电容C₂ 与传输线长度ϕ 即可调整解耦的耦合强度，内核电路并不需要任何改动。该可调性将大大降低手机制造商的生产成本。该种可调的低通滤波器可以很好的作为解耦合谐振腔实现形式，对于紧凑型双天线MIMO终端系统，具有非常好的天线信号耦合消除效果，而且配置简单，占用系统空间资源不大，非常适合实际应用。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法，其特征在于：通过在天线端口之间接入一个额外的耦合谐振腔，引入一个等幅反相的电流与耦合电流相互抵消，从而提升双天线系统的隔离度，大大降低天线的空间相关性，实现解耦。

2.如权利要求1所述的移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法，所述的耦合谐振腔利用可调低通滤波器实现解耦。

3.如权利要求1所述的移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法，所述的耦合谐振腔通过由电容和电感构成的两个谐振单元以及他们之间的直接耦合和交叉耦合来实现解耦。

4.如权利要求1所述的移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法实现的解耦网络，包括天线1及与天线1对应的端口1、天线2及与天线2对应的端口2、耦合谐振腔；馈入端口1的功率是通过三条路径消耗的：第一条路径辐射至自由空间；第二条路径通过自由空间，耦合到天线2，并对天线2造成干扰；而第三条路径的功率，通过耦合谐振腔耦合到天线2；所述耦合谐振腔使通过第二条路径和第三条路径的耦合等幅反相，则端口2便不会收到来自端口1的功率，实现解耦。

5.如权利要求4所述的利用移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法实现的解耦网络，所述耦合谐振腔包括电容和电感构成的直接耦合和交叉耦合的两个谐振单元。

6.如权利要求4所述的利用移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法实现的解耦网络，所述耦合谐振腔包括可调低通滤波器。

7.如权利要求4所述的利用移动通讯系统终端MIMO天线的解耦方法实现的解耦网络，其特征是还包括两个阻抗匹配网络，所述端口1和端口2分别通过1个阻抗匹配网络与耦合谐振腔相连。