CN117397121A - 一种天线阵列、天线系统及通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种天线阵列、天线系统及通信设备，用以提高天线单元之间的隔离度。该天线阵列可以包括两个解耦模块和两个天线单元。每个解耦模块的两端分别连接至所述两个天线单元，其中，所述两个解耦模块中的一个解耦模块可以通过传输模块连接至所述两个天线单元。这样，这两个解耦模块都可以对两个天线单元之间的耦合分量进行解耦，从而可以有效提高通信设备中的天线单元之间的隔离度。

Description

一种天线阵列、天线系统及通信设备 技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及到一种天线阵列、天线系统及通信设备。

背景技术

随着技术的发展，人们对于移动通信网络的容量的要求越来越高。多输入多输出(Multiple input multiple output，MIMO)系统中，收发双方使用多天线进行通信，可成倍增加移动通信网络的容量。

MIMO天线的一个重要的性能指标是天线单元之间的隔离度。天线单元之间的隔离度与天线单元之间的互耦有关，天线单元之间的互耦越低，天线之间的隔离度越好。为了减少天线单元之间的互耦，天线单元之间的间距应通常大于0.5波长(λ)。

然而，为了进一步提升容量，通信设备上天线单元的数量越来越多，例如，从原来的4个天线单元增加到8个、16个天线单元。但是，通信设备的尺寸并没有随之增加，例如，广泛应用于室内通信场景的小基站的特点之一是小尺寸。因此，当天线单元数量增加时，天线单元之间的间距很可能小于0.5λ，从而导致天线单元之间的互耦提高，天线单元之间的隔离度降低。

发明内容

本申请提供一种天线阵列、天线系统及通信设备，用于提高天线单元之间的隔离度。

第一方面，本申请实施例提供了一种天线阵列。该天线阵列可以包括：包含第一天线单元和第二天线单元的多个天线单元、第一解耦模块、第二解耦模块、第一传输模块和第二传输模块。所述第一解耦模块的两端可以分别连接至所述第一天线单元和所述第二天线单元。所述第二解耦模块的两端也可以分别连接至所述第一天线单元和所述第二天线单元。具体的，所述第二解耦模块的一端通过第一传输模块连接至所述第一天线单元，所述第二解耦模块的另一端通过第二传输模块连接至所述第二天线单元。所述第一解耦模块和所述第二解耦模块可以对所述第一天线单元和所述第二天线单元之间的耦合分量进行解耦。

该天线阵列中，两个解耦模块都可以对所述第一天线单元和所述第二天线单元之间的耦合分量进行解耦，从而可以提高天线单元之间的隔离度。

在一种可能的设计中，该天线阵列还可以包括：第三传输模块和第四传输模块。所述第一解耦模块的一端可以通过所述第三传输模块连接至所述第一天线单元，所述第一解耦模块的另一端可以通过所述第四传输模块连接至所述第二天线单元；所述第二解耦模块的一端可以依次通过所述第一传输模块和所述第三传输模块连接至所述第一天线单元，所述第二解耦模块的另一端可以依次通过所述第二传输模块和所述第四传输模块连接至所述第二天线单元。

在该设计中，两个解耦模块都连接到天线的馈线上，在提高天线单元之间的隔离度的同时，还可以降低对天线单元辐射性能的影响。

在一种可能的设计中，所述第一解耦模块的结构和所述第二解耦模块的结构不同。

在一种可能的设计中，所述第二解耦模块还可以包括：第五传输模块、第六传输模块 和第七传输模块。所述第五传输模块和所述第六传输模块串联，串联的所述第五传输模块和所述第六传输模块的两端分别可以连接至所述第一传输模块和所述第二传输模块；所述第五传输模块和所述第六传输模块之间的连接点通过所述第七传输模块接地。

在该设计中，第二解耦模块包括三个互相连接的传输模块，其中两个传输模块分别能够连接至第一天线单元和第二天线单元，第三个传输模块接地。该设计可以通过低阻抗的三个传输模块，实现高阻抗传输线的解耦效果，从而可以有效提高小尺寸的通信设备中的天线单元之间的隔离度。

在一种可能的设计中，所述第二解耦模块可以为第一电感。由于电感可以与高阻抗的传输模块等效，因此，该设计可通过电感，实现高阻抗传输线的解耦效果，从而可以有效提高小尺寸的通信设备中的天线单元之间的隔离度。

在另一种可能的设计中，所述第二解耦模块可以为依次串联的第八传输模块、第二电感和第九传输模块形成的串联支路。在该设计中，第二电感的两端分别连接一个传输模块。通过这两个传输模块，可以降低小尺寸电感带来的耦合，从而进一步提高小尺寸的通信设备中的天线单元之间的隔离度。

在再一种可能的设计中，所述第二解耦模块可以为依次串联的第一电阻、第十传输模块和第二电阻形成的串联支路。在该设计中，传输模块两端分别连接电阻，这样，在降低加工难度的同时，还可以有效提高小尺寸的通信设备中的天线单元之间的隔离度。

在一种可能的设计中，任一天线单元包括以下至少一项：平面倒F天线PIFA、单极子天线、偶极子天线、微带贴片天线。

第二方面，本申请实施例提供了一种天线阵列。该天线阵列可以包括：包含第一天线单元和第二天线单元的多个天线单元、解耦模块、第一传输模块和第二传输模块。所述解耦模块的两端可以分别连接至所述第一天线单元和所述第二天线单元。具体的，所述解耦模块的一端通过所述第一传输模块连接至所述第一天线单元，所述解耦模块的另一端通过所述第二传输模块连接至所述第二天线单元。所述解耦模块可以对所述第一天线单元和所述第二天线单元之间的耦合分量进行解耦。所述解耦模块的线宽大于产生相同解耦效果的传输线的线宽。

该天线阵列中，解耦模块的线宽大于产生相同解耦效果的传输线的线宽，从而可以提高天线单元之间的隔离度，且可以降低制造天线阵列的难度。另外，在该天线阵列中，解耦模块连接到天线的馈线上，这样，在提高天线单元之间的隔离度的同时，还可以降低对天线单元辐射性能的影响。

在一种可能的设计中，所述解耦模块可以包括：第五传输模块、第六传输模块和第七传输模块。所述第五传输模块和所述第六传输模块串联，串联的所述第五传输模块和所述第六传输模块的两端分别可以连接至所述第一传输模块和所述第二传输模块；所述第五传输模块和所述第六传输模块之间的连接点通过所述第七传输模块接地。

在该设计中，解耦模块包括三个互相连接的传输模块，其中两个传输模块分别能够连接至第一天线单元和第二天线单元，第三个传输模块接地。该设计可以通过低阻抗的三个传输模块，实现高阻抗传输线的解耦效果，从而可以有效提高小尺寸的通信设备中的天线单元之间的隔离度。

在一种可能的设计中，所述解耦模块可以为第一电感。

由于电感可以与高阻抗的传输模块等效，因此，该设计可通过电感，实现高阻抗传输线的解耦效果，从而可以有效提高小尺寸的通信设备中的天线单元之间的隔离度。

在另一种可能的设计中，所述解耦模块可以为依次串联的第八传输模块、第二电感和第九传输模块构成的串联支路。

在该设计中，第二电感的两端分别连接一个传输模块。通过这两个传输模块，可以降低小尺寸电感带来的耦合，从而进一步提高小尺寸的通信设备中的天线单元之间的隔离度。

再一种可能的设计中，所述解耦模块还可以为依次串联的第一电阻、第十传输模块和第二电阻构成的串联支路。

在该设计中，传输模块两端分别连接电阻，可以在降低加工难度的同时，有效提高小尺寸的通信设备中的天线单元之间的隔离度。

在一种可能的设计中，任一天线单元可以包括以下至少一项：平面倒F天线PIFA、单极子天线、偶极子天线、微带贴片天线。

第三方面，本申请实施例还提供了一种天线系统，该天线系统包括上述任一种天线阵列。

第四方面，本申请实施例还提供了一种通信设备，该通信设备包括上述任一种天线阵列或上述天线系统。上述第三方面至第四方面中任一方面可以达到的技术效果可以参照上述第一方面或第二方面中任一方面中任一种可能设计可以达到的技术效果说明，重复之处不予论述。

附图说明

图1为通信设备的射频通路的示意图；

图2为MIMO天线中天线单元的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种天线阵列的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种天线阵列的实施方式一的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种天线阵列的实施方式二的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种天线阵列的实施方式三的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种天线阵列的实施方式四的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的另一种天线阵列的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的另一种天线阵列的实施方式一的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的另一种天线阵列的实施方式二的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的另一种天线阵列的实施方式三的结构示意图；

图12为本申请实施例提供的另一种天线阵列的实施方式四的结构示意图；

图13为本申请实施例提供的另一种天线阵列应用到射频通路的示意图；

图14为本申请实施例提供的又一种天线阵列的结构示意图；

图15为本申请实施例提供的又一种天线阵列的实施方式一的结构示意图；

图16为本申请实施例提供的又一种天线阵列的实施方式二的结构示意图；

图17为本申请实施例提供的又一种天线阵列的实施方式三的结构示意图；

图18为本申请实施例提供的又一种天线阵列的实施方式四的结构示意图；

图19a和图19b分别为本申请实施例提供的一种天线阵列的俯视图和侧视图；

图20为图9所示的天线阵列的隔离度的仿真示意图；

图21为图9所示的天线阵列中的第一天线单元的水平方向图；

图22为图9所示的天线阵列中的第二天线单元的水平方向图。

具体实施方式

本申请提供一种天线阵列、天线系统及通信设备，用以提高天线单元之间的隔离度。

在本申请实施例提供的方案中，天线阵列包括两个解耦模块，每个解耦模块的两端分别连接到两个天线单元，这样，这两个解耦模块都可以对两个天线单元之间的耦合分量进行解耦，从而可以有效提高通信设备中的天线单元之间的隔离度。

以下，对本申请实施例中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解。

1)、通信设备，泛指具有通信功能的设备。示例性的，所述通信设备可以但不限于为终端设备、接入网(access network，AN)设备、接入点等。

2)、终端设备，是一种向用户提供语音和/或数据连通性的设备。终端设备又可以称为用户设备(user equipment，UE)、移动台(mobile station，MS)、移动终端(mobile terminal，MT)等。

例如，终端设备可以为具有无线连接功能的手持式设备、车载设备等。目前，一些终端设备的举例为：手机(mobile phone)、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、移动互联网设备(mobile internet device，MID)、可穿戴设备，虚拟现实(virtual reality，VR)设备、增强现实(augmented reality，AR)设备、工业控制(industrial control)中的无线终端、无人驾驶(self driving)中的无线终端、远程手术(remote medical surgery)中的无线终端、智能电网(smart grid)中的无线终端、运输安全(transportation safety)中的无线终端、智慧城市(smart city)中的无线终端、智慧家庭(smart home)中的无线终端等。

3)、AN设备，是移动通信系统中将终端设备接入到无线网络的设备。AN设备作为无线接入网中的节点，还可以称为基站、无线接入网(radio access network，RAN)节点(或设备)、接入点(access point，AP)。

目前，一些AN设备的举例为：新一代节点B(generation Node B，gNB)、传输接收点(transmission reception point，TRP)、演进型节点B(evolved Node B，eNB)、无线网络控制器(radio network controller，RNC)、节点B(Node B，NB)、基站控制器(base station controller，BSC)、基站收发台(base transceiver station，BTS)、家庭基站(例如，home evolved NodeB，或home Node B，HNB)，或基带单元(base band unit，BBU)等。

另外，在一种网络结构中，所述AN设备可以包括集中单元(centralized unit，CU)节点和分布单元(distributed unit，DU)节点。这种结构将AN设备的协议层拆分开，部分协议层的功能放在CU集中控制，剩下部分或全部协议层的功能分布在DU中，由CU集中控制DU。

4)、传输模块，可以包括微带线、移相线等传输线。传输模块的参数可以包括：传输模块的阻抗、传输模块的长度参数。

在电磁场领域，可以通过传输模块的长度参数——电长度θ，来表征传输模块的长度。例如，如果电长度360°对应的传输线的长度为300毫米(mm)，则电长度θ＝90°表征传输线的长度为75mm。

5)、天线单元之间的隔离度，是指一个天线单元发射的信号的功率与另一个天线单元 接收的该信号的功率的比值。

6)、S参数可以表示天线单元之间的传输情况。S参数可包括：

S21，表示通信设备的第二天线单元对应的端口传输信号时，第二天线单元传输的信号的电压与从第一天线单元的端口传输到第二天线单元的端口的该信号的电压的比值。S21可用于表征天线单元之间的隔离度。

S11，表示通信设备的第二天线单元对应的端口传输信号时，该信号传输到该通信设备的第一天线单元对应的端口处的反射系数(即该信号传输到第一天线单元对应的端口处的入射电压和反射电压的比值)。

S22，表示通信设备的第一天线单元对应的端口传输信号时，该信号传输到该通信设备的第二天线单元对应的端口处的反射系数(即该信号传输到第二天线单元对应的端口处的入射电压和反射电压的比值)。

7)、本申请实施例中的连接可以是直接连接，也可以是通过一个或多个模块连接。例如，A与B连接，或者A连接至B，可以表示：A直接与B连接，或者A通过C与B连接。其中，C可以表示一个或多个模块。

8)、本申请实施例中，天线阵列需要满足的技术指标包括：通信设备使用的带宽(包括驻波带宽和隔离度带宽)大于或等于带宽阈值(例如，天线带宽的10％)；当天线间距小于或等于第一间距阈值(例如，0.25λ)时，天线单元之间的隔离度应大于或等于第一隔离度(例如，18dB)；方向图上最大值和最小值的差小于或等于方向图阈值(例如，8dB)。

9)、本申请实施例中，电流和电压都可以通过幅度和相位的形式来表示。其中幅度可以表示电流或电压的最大值，相位可以表示电流或电压随时间的变化。

例如，当A表示电流的幅度，α表示电流的相位时，电流可以为|A|×e ^-jα，其中，|A|表示A的绝对值。电压也可以采用类似的形式表示，此处不再赘述。

相应的，电流和电压的比例也可以通过幅度和相位的形式来表示。

在交流电中，电流和电压可以是带有方向的矢量。矢量可以用实部和虚部来表示。因此，在本申请实施例中，电流和电压也可以用实部和虚部来表示。

相应的，电流和电压的比例也可以通过实部和虚部的形式来表示。

10)、中心频点，是指天线带宽的中间点。每个天线单元都可以在一定的频率范围(即天线带宽)内传输信号；在天线带宽内，天线阻抗最小，传输效率最高。在天线带宽的中心频点处，驻波比最小。

11)、两个天线单元的尺寸可以为E×F×H，用于表示两个天线单元所占用的空间。E、F和H分别代表两个天线单元所占用的空间的长、宽和高。

12)、本申请实施例中，解耦也可以被替换成对消或去耦。

13)、馈线，是指连接天线单元与收发信机的传输线。天线馈线能够有效地传输天线单元接收的信号，具有畸变小、损耗小、抗干扰能力强等特点。

14)、本申请实施例中，数值范围可以包括两端的数值中的至少一个，也可以不包括两端的数值。例如，a-b，可以表示：[a,b]、(a,b)、[a,b)、(a,b]中的任一个。

本申请实施例中，对于名词的数目，除非特别说明，表示“单数名词或复数名词”，即"一个或多个”。“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A， 同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。例如，A/B，表示：A或B。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项(个)中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。

另外，需要理解的是，在本申请的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不应理解为指示或暗示相对重要性，也不应理解为指示或暗示顺序。

另外，本申请中，“小于”和“小于或等于”可以互相替换，“大于”和“大于或等于”可以互相替换。

另外，本申请中的参数值可以有一定的浮动，例如，可以有±20％的浮动。

本申请实施例可以用于通信设备的射频通路中。下面以图1所示的射频通路为例进行说明。本申请实施例也可以用于其他形式的射频通路中，对此本申请不做限定。图1为通信设备的一个天线单元对应的射频通路的示意图，下面结合图1对射频通路进行说明。该射频通路可以但不限于包括：天线单元、带通滤波器、功放/低噪放、上下变频器和调制解调器。

其中，天线单元可接收或发送信号。

带通滤波器可对信号进行滤波，保留信号中某一频率范围内的频率分量。

功放是功率放大器的简称，低噪放是低噪放大器的简称。功率放大器可对信号的功率进行放大，得到较强的输出信号。低噪放大器是噪声系数很低的放大器。放大器自身的噪声可能会对信号造成严重的干扰，低噪放大器可以提高输出信号的质量。

上下变频器可对信号的频率进行调整。

调制解调器可以将基带信号转变成频率较高的带通信号，或者将频率较高的带通信号转变成基带信号。

天线单元接收的射频信号，经过该射频通路处理之后，可转化成通信设备可以处理的基带信号。通信设备产生的基带信号，经过该射频通路处理之后，通过天线单元向外发送。

图1所示的射频通路可以应用于MIMO系统，即MIMO系统中的多个射频通路中任一个射频通路可以如图1所示。另外，MIMO系统中的MIMO天线可以包含多个图1所示的射频通路中的天线单元。

下面对MIMO天线中天线单元的分布进行说明。图2为MIMO天线中天线单元的分布示意图。图2中每个字母表示一个天线单元。如图2所示，当MIMO天线中包括4个天线单元(即，4发4收(4T4R))时，相邻天线单元的间隔可以是λ；当MIMO天线中包括8个天线单元(即，8发8收(8T8R))时，相邻天线单元的间隔可以是0.5λ；当MIMO天线中包括16个天线单元(即，16发16收(16T16R))时，相邻天线单元的间隔可以是0.25λ。当相邻天线单元间隔较小时(例如，0.25λ)，天线单元之间的互耦提高，天线单元之间的隔离度降低。

下面将结合附图，对本申请实施例进行详细描述。

为了提高天线单元之间的隔离度，本申请实施例提供了一种天线阵列。所述天线阵列中包含的每个天线单元都可以用于图1所示的射频通路中，所述天线阵列可以提高图2所示的天线单元之间的隔离度。可选的，所述天线阵列可用于提高图2所示的16T16R天线单元之间的隔离度。

天线阵列可以包括多个天线单元。下面以第一天线单元101、第二天线单元102、以及第一天线单元101和第二天线单元102之间的模块为例进行说明。可以理解，该天线阵列包括的每两个天线单元之间都可以包含类似的模块，此处不再赘述。

图3示出了本申请实施例提供的天线阵列的一种可能的结构。如图3所示，该天线阵列可包括：第一天线单元101、第二天线单元102、第一解耦模块103、第二解耦模块104、第一传输模块105和第二传输模块106。

所述第一解耦模块103的两端可以分别连接至所述第一天线单元101和所述第二天线单元102；所述第二解耦模块104的一端可以通过第一传输模块105连接至所述第一天线单元101，所述第二解耦模块104的另一端可以通过第二传输模块106连接至所述第二天线单元102。

其中，所述第一解耦模块103和所述第二解耦模块104可以用于对所述第一天线单元和所述第二天线单元之间的耦合分量进行解耦。例如，当所述第一天线单元的信号通过所述第一解耦模块和所述第二解耦模块向所述第二天线单元传输时，所述第一解耦模块和所述第二解耦模块都可以产生所述信号的反向电流，所述反向电流可以对所述第一天线单元和所述第二天线单元之间的耦合分量进行解耦。

下面对图3所示的天线阵列中的各组成部分进行具体说明。

可选地，任一天线单元可以是平面倒F天线(Planar inverted F antenna，PIFA)、单极子天线、偶极子天线、微带贴片天线中的一个。

可选的，第一传输模块105的参数和第二传输模块106的参数可以是相同的，也可以是不同的，也可以部分相同。

例如，第一传输模块105的阻抗和第二传输模块106的阻抗可以均为50Ω，第一传输模块105的长度参数和第二传输模块106的长度参数可以均为θ ₂＝π/2+kπ，其中，k可以为非负整数，例如，k＝0或1。

又例如，第一传输模块105的参数和第二传输模块106的参数之间的差异小于预定阈值(例如，该预定阈值可以为所述第一传输模块105的参数的20％，也可以为所述第二传输模块106的参数的10％)。

再例如，第一传输模块105的阻抗和第二传输模块106的阻抗可以均为50Ω，第一传输模块105的长度参数和第二传输模块106的长度参数之间的差异小于预定阈值(例如，该预定阈值可以为所述第一传输模块105的长度参数的10％，也可以为所述第二传输模块106的长度参数的5％)。

再例如，第一传输模块105的长度参数和第二传输模块106的长度参数可以均为θ ₂＝π/2+kπ，第一传输模块105的阻抗和第二传输模块106的阻抗之间的差异小于预定阈值(例如，该预定阈值可以为所述第一传输模块105的阻抗的20％，也可以为所述第二传输模块106的阻抗的5％)。

下面结合图4-7，对图3中的所述第二解耦模块104进行说明。所述第二解耦模块104可以但不限于包括以下几种方式：

实施方式一：

参见图4所示，所述第二解耦模块104可包括：第五传输模块201、第六传输模块202和第七传输模块203。

其中，所述第五传输模块201可以和所述第六传输模块202串联，串联后的所述第五传输模块201和所述第六传输模块202的两端分别连接至所述第一传输模块105和所述第二传输模块106；所述第五传输模块201和所述第六传输模块202之间的连接点可以通过所述第七传输模块203接地。

下面对本实施方式一中的所述第二解耦模块104的各组成部分进行说明。

可选的，第五传输模块201的参数和第六传输模块202的参数可以是相同的，也可以是不同的，也可以部分相同。

例如，第五传输模块201的阻抗和第六传输模块202的阻抗可以均为90-120Ω中的一个值，第五传输模块201的长度参数和第六传输模块202的长度参数可以均为θ ₃＝67°。

又例如，第五传输模块201的参数和第六传输模块202的参数之间的差异小于预定阈值(例如，该预定阈值可以为所述第五传输模块201的参数的10％，也可以为第六传输模块202的参数的20％)。

再例如，第五传输模块201的阻抗和第六传输模块202的阻抗可以均为90-120Ω中的一个值，第五传输模块201的长度参数和第六传输模块202的长度参数之间的差异小于预定阈值(例如，该预定阈值可以为所述第五传输模块201的长度参数的20％，也可以为第六传输模块202的长度参数的5％)。

再例如，第五传输模块201的长度参数和第六传输模块202的长度参数可以均为θ ₃＝67°，第五传输模块201的阻抗和第六传输模块202的阻抗之间的差异小于预定阈值(例如，该预定阈值可以为所述第五传输模块201的阻抗的10％，也可以为第六传输模块202的阻抗的20％)。具体的，第五传输模块201的阻抗可以为90-120Ω中的第一值，第六传输模块202的阻抗可以为90-120Ω中的第二值，且所述第一值和所述第二值之间的差异小于所述预定阈值。

可选的，第七传输模块203的阻抗可以是40-90Ω中的一个值，第七传输模块203的长度参数可以为θ ₄＝33°。

在本实施方式一中，所述第二解耦模块104包括三个互相连接的传输模块，其中两个传输模块分别能够连接至第一天线单元101和第二天线单元102，第三个传输模块接地。本实施方式一通过低阻抗的三个传输模块，可以实现高阻抗传输线的解耦效果，从而可以有效提高小尺寸的通信设备中的天线单元之间的隔离度。

实施方式二：

参见图5所示，所述第二解耦模块104可以为第一电感301。

可选的，所述第一电感的电感值可以为5-50亨利(nH)中的一个值。

由于电感可以与高阻抗的传输模块等效，因此，本实施方式二可通过电感，实现高阻抗传输线的解耦效果，从而可以有效提高小尺寸的通信设备中的天线单元之间的隔离度。

实施方式三：

参见图6所示，所述第二解耦模块104可以为依次串联的第八传输模块401、第二电 感402和第九传输模块403构成的串联支路。

下面对本实施方式三中的所述第二解耦模块104的各组成部分进行说明。

可选的，第八传输模块401的参数和第九传输模块403的参数可以是相同的，也可以是不同的，也可以部分相同。

例如，第八传输模块401的阻抗和第九传输模块403的阻抗可以均为50Ω，第八传输模块401的长度参数和第九传输模块403的长度参数可以均为θ ₅＝180°。

又例如，第八传输模块401的参数和第九传输模块403的参数之间的差异小于预定阈值(例如，所述预定阈值可以为所述第八传输模块401的参数的20％，也可以为所述第九传输模块403的参数的10％)。

再例如，第八传输模块401的阻抗和第九传输模块403的阻抗可以均为50Ω，第八传输模块401的长度参数和第九传输模块403的长度参数之间的差异小于预定阈值(例如，所述预定阈值可以为所述第八传输模块401的长度参数的10％，也可以为所述第九传输模块403的长度参数的5％)。

再例如，第八传输模块401的长度参数和第九传输模块403的长度参数可以均为θ ₅＝180°，第八传输模块401的阻抗和第九传输模块403的阻抗之间的差异小于预定阈值(例如，所述预定阈值可以为所述第八传输模块401的阻抗的10％，也可以为所述第九传输模块403的阻抗的10％)。

可选的，所述第二电感402的电感值可以为5-50nH中的一个值。

在本实施方式三的第二解耦模块104中，第二电感402两端分别连接一个传输模块，通过这两个传输模块，可以降低小尺寸电感带来的耦合，从而进一步提高小尺寸的通信设备中的天线单元之间的隔离度。

实施方式四：

参见图7所示，所述第二解耦模块104可以为依次串联的第一电阻501、第十传输模块502和第二电阻503构成的串联支路。

下面对本实施方式四中的所述第二解耦模块104的各组成部分进行说明。

可选的，所述第一电阻501的参数和所述第二电阻503的参数可以是相同的，也可以是不同的。

例如，所述第一电阻501的阻抗和所述第二电阻503的阻抗可以均为25-250Ω中的一个值。

又例如，所述第一电阻501的阻抗和所述第二电阻503的阻抗之间的差异小于预定阈值(例如，所述预定阈值可以为所述第一电阻501的阻抗的20％，还可以为所述第二电阻503的阻抗的10％)。

可选的，所述第十传输模块502的阻抗可以为25-250Ω中的一个值，所述第十传输模块502的长度参数可以为θ ₆＝90°。

在本实施方式四的第二解耦模块104中，在第十传输模块502两端分别连接电阻，这样，在降低加工难度的同时，还可以有效提高小尺寸的通信设备中的天线单元之间的隔离度。

可选的，所述第一解耦模块103的结构和所述第二解耦模块104的结构可以是相同的， 也可以是不同的，也可以部分相同。

例如，所述第二解耦模块104为上述四种实施方式中的一种，所述第一解耦模块103可以为传输模块。

其中，所述第一解耦模块103的阻抗可以为 Im(y' ₂₁)为所述第一天线单元101和所述第二天线单元102之间的Y21在中心频点处的虚部值。所述第一解耦模块103的长度参数可以为θ ₇＝90°。

又例如，所述第一解耦模块103为上述四种实施方式中的一种，所述第二解耦模块104为上述四种实施方式中的另一种。

再例如，所述第一解耦模块103和所述第二解耦模块104均为上述四种实施方式中的一种。

可选的，所述天线阵列还可以包括匹配网络(图中未示出)。

在一些实现方式中，该匹配网络可以位于端口和解耦模块之间。例如，该匹配网络可以位于端口1和所述第二解耦模块104之间，和/或，位于端口2和所述第二解耦模块104之间。

该匹配网络可以是常规的匹配网络，也可以是其他匹配网络，本申请对此不作限定。该匹配网络可以减小信号传输过程中的损耗和失真。

在上述本申请实施例中，天线阵列包括两个解耦模块，每个解耦模块的两端分别连接至两个天线单元，这样，每个解耦模块都可以对两个天线单元之间的耦合分量进行解耦，从而可以有效提高通信设备中的天线单元之间的隔离度。

图8示出了本申请实施例的天线阵列的另一种可能的结构。如图8所示，在图3所示的天线阵列的基础上，该天线阵列还可以包括：第三传输模块107和第四传输模块108。

可选的，所述第一解耦模块103的一端可以通过所述第三传输模块107连接至所述第一天线单元101；所述第一解耦模块103的另一端可以通过所述第四传输模块108连接至所述第二天线单元102。

所述第二解耦模块104的一端可以依次通过所述第一传输模块105和所述第三传输模块107，连接至所述第一天线单元101；所述第二解耦模块104的另一端可以依次通过所述第二传输模块106和所述第四传输模块108，连接至所述第二天线单元102。

如图9-12所示，所述第二解耦模块104可以有多种实施方式。

第一天线单元101、第二天线单元102、第一解耦模块103、第二解耦模块104、第一传输模块105、第二传输模块106的结构和参数可以参照对图3-7所示的天线阵列的描述，此处不再赘述。

其中，当所述第一解耦模块103为传输模块时，所述第一解耦模块103的阻抗可以为 Im(y' ₂₁)为通过所述第三传输模块107和所述第四传输模块108进行解耦得到的Y21在中心频点处的虚部值。所述第一解耦模块103的长度参数可以为θ ₇＝90°。

下面对第三传输模块107的参数和第四传输模块108的参数进行说明。

在一些可能的实现方式中，第三传输模块107的参数和第四传输模块108的参数可以是相同的，也可以是不同的，也可以部分相同。

例如，第三传输模块107的阻抗和第四传输模块108的阻抗可以均为50欧姆(Ω)，第三传输模块107的长度参数和第四传输模块108的长度参数可以均为 其中，k为正整数， 为Y21的相位。其中，Y21位于Y矩阵的第二行第一列。Y矩阵可以表征端口1和端口2之间的电压和电流的关系。其中，端口1与所述第一天线单元101对应，端口2与所述第二天线单元102对应。Y21表示，当端口1传输信号时，端口2处的电流与端口1处的电压的比值。

又例如，第三传输模块107的参数和第四传输模块108的参数之间的差异小于预定阈值(例如，该预定阈值可以为所述第三传输模块107的参数的10％，也可以为所述第四传输模块108的参数的20％)。

再例如，第三传输模块107的阻抗和第四传输模块108的阻抗可以均为50欧姆(Ω)，第一传输模块105的长度参数和第四传输模块108的长度参数之间的差异小于预定阈值(例如，该预定阈值可以为所述第三传输模块107的长度参数的10％，也可以为所述第四传输模块108的长度参数的20％)。

再例如，第三传输模块107的长度参数和第四传输模块108的长度参数可以均 第三传输模块107的阻抗和第四传输模块108的阻抗之间的差异小于预定阈值(例如，该预定阈值可以为所述第三传输模块107的阻抗的10％，也可以为所述第四传输模块108的阻抗的20％)。

可选的，第一传输模块105的参数和第三传输模块107的参数可以互换，第二传输模块106的参数和第四传输模块108的参数也可以互换。

在本申请实施例中，天线阵列包括两个解耦模块，每个解耦模块的两端分别通过传输模块连接到两个天线单元，也就是说，每个解耦模块的两端分别连接到天线单元的馈线上。这样，这两个解耦模块对两个天线单元之间的耦合分量进行解耦，既可以避免对天线单元的辐射性能产生影响，又可以有效提高通信设备中的天线单元之间的隔离度。

可选的，图3-7所示的天线阵列中的第一传输模块105的参数可以被替换为第三传输模块107的参数，图3-7所示的天线阵列中的第二传输模块106的参数可以被替换为第四传输模块108的参数。

在本申请实施例提供的方案中，多个天线单元中的每两个天线单元(例如，第一天线单元101和第二天线单元102)之间的模块可以位于天线单元和带通滤波器之间。例如，第一天线单元101和第二天线单元102之间的模块可以位于图13所示的虚框内(例如，位于天线单元与端口之间)。所述第一传输模块105和所述第三传输模块107可以位于所述第一天线单元101和端口1之间，所述第二传输模块106和所述第四传输模块108可以位于所述第二天线单元102和端口2之间，第一解耦模块103和第二解耦模块104可以位于两路射频通路之间，这两路射频通路分别与所述第一天线单元101和所述第二天线单元102对应。其中，端口1是与第一天线单元101对应的天线端口，端口2是与第二天线单 元102对应的天线端口。

可选的，第一解耦模块103和第二解耦模块104的两端分别还可以连接到端口1和端口2。

在本申请实施例提供的方案中，天线阵列可以包括两个解耦模块，每个解耦模块的两端分别连接到两个天线单元，这样，这两个解耦模块都可以对两个天线单元之间的耦合分量进行解耦，即实现二级解耦，从而可以有效提高通信设备中的天线单元之间的隔离度。另外，所述第二解耦模块104连接到天线单元对应的端口处，在端口处对两个天线单元之间的耦合分量进行解耦，从而在提高天线单元之间的隔离度的同时，还可以降低对天线单元辐射性能的影响。

当天线单元之间的初始隔离度较差时(例如，初始隔离度为7dB左右)，本申请实施例提供的两个解耦模块可以有效提高天线单元之间的隔离度。

图14示出了本申请实施例的天线阵列的又一种可能的结构。如图11所示，该天线阵列可包括：包含第一天线单元101和第二天线单元102的多个天线单元、第二解耦模块104、第三传输模块107、第四传输模块108。

其中，所述第二解耦模块104可以通过所述第三传输模块107连接至所述第一天线单元101，所述第二解耦模块104可以通过所述第四传输模块108连接至所述第二天线单元102。该第二解耦模块104的线宽大于产生相同解耦效果的传输线的线宽。

可选的，所述第三传输模块107的参数可以被替换为上述第一传输模块105的参数，所述第四传输模块108的参数可以被替换为上述第二传输模块106的参数。

如图15-18所示，所述第二解耦模块104也可以有多种实施方式。

所述天线阵列的各组成部分的具体内容可参考对图3-12所示的天线阵列的具体描述，此处不再赘述。

在本申请实施例提供的方案中，两个天线单元分别通过传输模块耦合到解耦模块的两端，该解耦模块可以对两个天线单元之间的耦合分量进行解耦。在该方案中，该解耦模块的线宽大于产生相同解耦效果的传输线的线宽，在有效提高小尺寸的通信设备中的天线单元之间的隔离度的同时，还可以降低制造天线阵列的难度。

当天线单元之间的初始隔离度较高时(例如，初始隔离度为15dB左右)，本申请实施例提供的解耦模块可以有效提高天线单元之间的隔离度。

为了方便理解本申请实施例提供的天线阵列的性能，提供了图8所示的天线阵列的一种可能的物理结构，并根据该可能的物理结构，对图9所示的天线阵列进行了仿真，仿真结果如图20-22所示。

图19a和图19b分别为图8所示的天线阵列的俯视图和侧视图。图中示出了包含图8所示的天线阵列的一种可能的物理结构。图19a和图19b中天线阵列的组成部分和附图标记与图8相同，此处不再赘述。如图19a和图19b所示，为了将多个天线单元安装在有限的空间内，第一天线单元101的形状和第二天线单元102的形状可能是不同的。

图20示出了采用图9所示的天线阵列进行解耦前后的隔离度的仿真结果。在仿真时，通信设备使用的带宽为天线带宽的13％。如图20所示，本申请实施例的方案可以使得天线单元之间的隔离度由10dB提升到32dB(S21_解耦前到S21_解耦后)，频段内的回波损 耗小于-11dB。采用该方案，能够满足如下技术指标：通信设备使用的带宽(包括驻波带宽和隔离度带宽)大于或等于天线带宽的10％，天线单元之间的隔离度大于或等于18dB。

另外，图中还示出了采用第一解耦结构103进行解耦后的隔离度的仿真结果(即，S21_一级解耦)。如图20所示，采用第一解耦结构103进行解耦，不能满足隔离度的技术指标：天线单元之间的隔离度大于或等于18dB。

当第一天线单元101的形状和第二天线单元102的形状不同时，这两个天线单元的方向图也可能是不同的。图21和图22分别示出了采用图9所示的天线阵列解耦后第一天线单元101和第二天线单元102在水平方向上的方向图。图21中，实线表示中心频点为1.95GHz时，第一天线单元101在水平方向上的方向图；加粗的虚线表示中心频点为2.14GHz时，第一天线单元101在水平方向上的方向图。图22中，实线表示中心频点为1.95GHz时，第二天线单元102在水平方向上的方向图；加粗的虚线表示中心频点为2.14GHz时，第二天线单元102在水平方向上的方向图。如图21和图22所示，第一天线单元101和第二天线单元102的水平方向上的方向图上的最大值和最小值的差均小于7dB。采用该方案，能够满足如下技术指标：方向图上最大值和最小值的差小于或等于8dB。

此外，当一个天线单元传输信号时，如果采用本申请实施例的天线阵列对天线单元之间的耦合分量进行解耦，另一个天线单元上的电流很弱，对传输信号的天线单元的辐射场影响较小。

传统的两个天线单元的尺寸为0.65λ×0.65λ×0.1λ。采用本申请实施例提供的方案，在满足隔离度等技术指标的情况下，两个天线单元的尺寸可以降为0.25λ×0.25λ×0.06λ。与传统的两个天线单元的尺寸相比，本申请实施例提供的方案可以将天线单元的尺寸减小70％以上。因此，本申请实施例提供的天线阵列具有小型化、高隔离度、易集成、高圆度等优点。

本申请实施例还提供了一种天线系统，该天线系统包括上述任一天线阵列。在该天线系统中，解耦模块可以对两个天线单元之间的耦合分量进行解耦，从而可以有效提高通信设备中的天线单元之间的隔离度。

本申请实施例还提供了一种通信设备，该通信设备包括上述任一天线阵列或上述的天线系统。在该通信设备中，解耦模块可以对两个天线单元之间的耦合分量进行解耦，从而可以有效提高通信设备中的天线单元之间的隔离度。由于本申请实施例提供的天线阵列尺寸很小，因此，该天线阵列可以方便地集成于小尺寸的通信设备(例如，室内多天线小基站)中，通信设备的尺寸不会因天线单元数量的增多而明显增大。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的保护范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1. 一种天线阵列，其特征在于，包括：包含第一天线单元和第二天线单元的多个天线单元、第一解耦模块、第二解耦模块、第一传输模块、第二传输模块；

   所述第一解耦模块的两端分别连接至所述第一天线单元和所述第二天线单元；

   所述第二解耦模块的一端通过第一传输模块连接至所述第一天线单元，所述第二解耦模块的另一端通过第二传输模块连接至所述第二天线单元；

   所述第一解耦模块和所述第二解耦模块用于对所述第一天线单元和所述第二天线单元之间的耦合分量进行解耦。
2. 根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，还包括：第三传输模块、第四传输模块；

   所述第一解耦模块的一端通过所述第三传输模块连接至所述第一天线单元，所述第一解耦模块的另一端通过所述第四传输模块连接至所述第二天线单元；

   所述第二解耦模块的一端通过所述第一传输模块和所述第三传输模块连接至所述第一天线单元，所述第二解耦模块的另一端通过所述第二传输模块和所述第四传输模块连接至所述第二天线单元。
3. 根据权利要求1或2所述的天线阵列，其特征在于，所述第一解耦模块的结构和所述第二解耦模块的结构不同。
4. 根据权利要求1至3任一项所述的天线阵列，其特征在于，所述第二解耦模块包括：第五传输模块、第六传输模块和第七传输模块；

   所述第五传输模块和所述第六传输模块串联，串联的所述第五传输模块和所述第六传输模块的两端分别连接至所述第一传输模块和所述第二传输模块；

   所述第五传输模块和所述第六传输模块之间的连接点通过所述第七传输模块接地。
5. 根据权利要求1至3任一项所述的天线阵列，其特征在于，所述第二解耦模块为第一电感。
6. 根据权利要求1至3任一项所述的天线阵列，其特征在于，所述第二解耦模块为依次串联的第八传输模块、第二电感和第九传输模块构成的串联支路。
7. 根据权利要求1至3任一项所述的天线阵列，其特征在于，所述第二解耦模块为依次串联的第一电阻、第十传输模块和第二电阻构成的串联支路。
8. 根据权利要求1至3任一项所述的天线阵列，其特征在于，任一天线单元包括以下至少一项：平面倒F天线PIFA、单极子天线、偶极子天线、微带贴片天线。
9. 一种天线系统，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的天线阵列。
10. 一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的天线阵列，或包括权利要求9所述的天线系统。