CN111817006A - 一种多通道调谐去耦芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多通道调谐去耦芯片，包括多个可调谐电容和可调谐电感，所述可调谐电容按照串联方式与天线相连，可调谐电感按照并联方式与天线连接。所述多通道调谐去耦芯片整体为一长方形，包括若干去耦单元，芯片各个去耦单元包括两个可调谐电容和一个可调谐电感，组成T型去耦电路；T型去耦电路在芯片内部设计成等效的回字型金属开口谐振环，芯片的可调谐电容和可调谐电感分别通过芯片引脚与天线相连。本发明通过调节可调谐电容和可调谐电感的数值大小、串并联方式、元器件数目可以使得在设计者所指定的频段内，天线阵列各单元之间的耦合能够有效降低到20或25分贝以下，从而将天线单元的辐射效率提高10%以上。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种无线设备中降低天线阵列中各天线单元互相耦合、提高天线单元之间隔离度的多通道调谐去耦芯片。
背景技术
随着移动通信系统的快速发展，无线频谱资源日益短缺，第五代移动通信系统(5G)中提高信息传输速率主要研究热点之一。在此背景下，已经提出许久的多输入多输出(MIMO)通信技术成为了5G系统中的关键技术。
多输入多输出(MIMO)技术是指在不增加带宽的情况下，成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。通过在发射端和接收端同时使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端和接收端的多个天线发射和接收。在多输入多输出(MIMO)系统中，天线起着至关重要的作用，因为天线的特征固有地包含在发射器和接收器之间的通信信道中，完成电磁波的发射和接受。MIMO技术是基于天线阵列而言的，随着对信道容量需求的不断增长，大规模MIMO技术将会成为5G系统的核心，并且紧凑密集的阵列将促进这一进程。然而，无论是5G基站，或是移动终端中，由于空间限制，随着天线数量的增加，天线单元之间的间距相对较小，造成单元之间会形成强烈的互相耦合。在特定的空间内，天线单元数量越多，单元之间的耦合更强，会导致：
（1）空间相关性的增加；
（2）辐射效率的降低；
（3）单元增益的下降；
（4）信噪比的恶化；
（5）信道容量的减小。
综上所述，在有限的空间内，在MIMO系统中如何有效的减小天线单元之间的耦合，提高单元之间的隔离度，并保证原天线的辐射性能，成为了业界研究的热点。
发明内容
研究表明当材料的等效介电常数和磁导率其中一个为负值而另一个为正值时，电磁波在其特定频段内无法传播。
同时根据等效参数模型理论，将细金属线阵列和金属开口谐振环放置在一起。两种结构通过周期排列的方式摆放在一起时，电磁场会激励感应电流在周期性金属结构上同时起作用，从而产生负的介电常数以及负的磁导率。
本发明利用上述核心原理，通过设计特殊结构的谐振环，并通过低温共烧陶瓷(LTCC)技术，集成芯片，该芯片在一定的频带内产生单负特性，用于天线之间去耦。
本发明的技术方案是：
一种多通道调谐去耦芯片，包括多个可调谐电容和可调谐电感，所述可调谐电容按照串联方式与天线相连，可调谐电感按照并联方式与天线连接；可调谐电容和可调谐电感组成去耦芯片，用于改善多线阵列耦合性能。
优选的，通过对可调谐电容和可调谐电感的数值大小、串并联方式、元器件数目进行调整，使得采用所述多通道调谐去耦芯片的天线线阵降低各天线单元间耦合，提高隔离度。
优选的，通过对可调谐电容和可调谐电感的数值大小、串并联方式、元器件数目进行调整，使得采用所述多通道调谐去耦芯片的天线线阵的增益提高，辐射效率增加。
优选的，所述多通道调谐去耦芯片整体为一长方形，包括若干去耦单元，芯片各个去耦单元包括两个可调谐电容和一个可调谐电感，组成T型去耦电路；T型去耦电路在芯片内部设计成等效的回字型金属开口谐振环，芯片的可调谐电容和可调谐电感分别通过芯片引脚与天线相连。
优选的，通过对去耦单元数目进行调整，使得含有所述多通道调谐去耦芯片的天线线阵的各天线间耦合降低，隔离度提高；多通道调谐去耦芯片用于4个、6个或者8个天线之间的去耦。
优选的，所述T型去耦电路改变电路结构，采用L型或π型电路结构。
优选的，所述多通道调谐去耦芯片内的去耦单元在四个以上。
本发明的优点是：
本发明的多通道调谐去耦芯片由可调谐电容和可调谐电感构成，通过设计特殊结构的谐振环等效成去耦单元，集成芯片，该芯片在一定的频带内产生单负特性，用于天线之间去耦。通过调节可调谐电容和可调谐电感的数值大小、串并联方式、元器件数目可以使得在设计者所指定的频段内，天线阵列各单元之间的耦合能够有效降低到20或25分贝以下，从而将天线单元的辐射效率提高10%以上。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1 为本发明实施例的多通道调谐去耦芯片中一个去耦单元及其等效T型去耦电路示意图；
图2 为本发明实施例的多通道调谐去耦芯片内部示意图；
图3 为双天线加载去耦芯片的示意图；
图4 为加载多通道调谐去耦芯片前、后的隔离度参数对比图。
具体实施方式
如图1所示，为由两个可调谐电容和一个可调谐电感组成的可调谐去耦芯片结构，等效于由电容电感组成的LC去耦电路；将4个这样的可调谐电感和可调谐电容设计成一个整体，通过低温共烧陶瓷(LTCC)技术，集成芯片，如图2所示。
可调谐去耦芯片整体为一长方形，芯片内各个去耦电路在芯片内部设计成等效的回字型金属开口谐振环，各个谐振环的开口方向不同。芯片的可调谐电容和可调谐电感分别通过芯片引脚与天线相连。该结构可以看做是由四个“T”型去耦电路组合而成。这样做的好处，不仅可以用于降低天线之间的耦合，提高隔离度，而且可以用于天线的阻抗匹配。
通过对可调谐电容和可调谐电感的数值大小、串并联方式、元器件数目进行调整，使得采用所述多通道调谐去耦芯片的天线线阵降低各天线单元间耦合，提高隔离度。通过对可调谐电容和可调谐电感的数值大小、串并联方式、元器件数目进行调整，使得采用所述多通道调谐去耦芯片的天线线阵的增益提高，辐射效率增加。
为了增强所设计结构的谐振效果以及隔离带宽,我们将四个“T”型去耦电路连接在一起，将两个端口之间的传输导纳从复数变为纯虚数。引入并联电抗来抵消上述的纯虚数传输导纳，使得传输导纳的取值为零，同时在芯片内部引入匹配网络消除去耦网络所带来的阻抗失配。
利用低温共烧陶瓷(LTCC)技术，或者薄膜技术、硅片半导体技术、多层电路板技术等，这里仅以LTCC技术为例，将多个上述“T”型滤波电路集成一款芯片，如图2所示，其中1-6为芯片的6个管脚，其中1、2、3、4接天线，5,6管脚接地。本芯片可以用于2个、3个或者4个天线之间的去耦。
本芯片也可以设计4管脚，用于双天线的去耦，或者8和8脚以上，用于多天线系统的单元天线之间的去耦。
本发明中“T”型去耦电路可以改变电路结构，采用“L”型、“π”型等电路结构。
本发明中去耦单元的个数可以增加，可以设计成4个以上。
天线中能提高阵列天线之间的隔离度图3为去耦芯片的一种应用，第一天线9和第二天线10靠的很近的单极子天线，在没有采取任何措施之前，820-960MHz之间隔离度基本只有-5dB左右，将两个天线之间加载一个去耦芯片，天线的隔离度提升到-12dB左右；如图4所示，满足工程要求。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多通道调谐去耦芯片，其特征在于，包括多个可调谐电容和可调谐电感，所述可调谐电容按照串联方式与天线相连，可调谐电感按照并联方式与天线连接；可调谐电容和可调谐电感组成去耦芯片，用于改善多线阵列耦合性能。
2.如权利要求1所述的多通道调谐去耦芯片，其特征在于：
通过对可调谐电容和可调谐电感的数值大小、串并联方式、元器件数目进行调整，使得采用所述多通道调谐去耦芯片的天线线阵降低各天线单元间耦合，提高隔离度。
3.如权利要求1所述的多通道调谐去耦芯片，其特征在于：
通过对可调谐电容和可调谐电感的数值大小、串并联方式、元器件数目进行调整，使得采用所述多通道调谐去耦芯片的天线线阵的增益提高，辐射效率增加。
4.如权利要求1所述的多通道调谐去耦芯片，其特征在于：
所述多通道调谐去耦芯片整体为一长方形，包括若干去耦单元，芯片各个去耦单元包括两个可调谐电容和一个可调谐电感，组成T型去耦电路；T型去耦电路在芯片内部设计成等效的回字型金属开口谐振环，芯片的可调谐电容和可调谐电感分别通过芯片引脚与天线相连。
5.如权利要求4所述的多通道调谐去耦芯片，其特征在于：
通过对去耦单元数目进行调整，使得含有所述多通道调谐去耦芯片的天线线阵的各天线间耦合降低，隔离度提高；多通道调谐去耦芯片用于4个、6个或者8个天线之间的去耦。
6.如权利要求5所述的多通道调谐去耦芯片，其特征在于：
所述T型去耦电路改变电路结构，采用L型或π型电路结构。
7.如权利要求6所述的多通道调谐去耦芯片，其特征在于：
所述多通道调谐去耦芯片内的去耦单元在四个以上。
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