本發(fā)明涉及無線通信技術領域，尤其涉及一種用于降低多天線系統(tǒng)中天線耦合的去耦合裝置及方法。

背景技術：

以信息技術為基礎的知識經(jīng)濟是現(xiàn)今世界最重要的兩大經(jīng)濟領域之一，其中以第五代移動通信(5G)為領頭的通信技術正引發(fā)信息產(chǎn)業(yè)新的革命，逐漸成為國際競爭熱點和制高點之一。5G技術能把上網(wǎng)速度提高到第四代移動技術的1000倍以上，可實現(xiàn)高質量的三維數(shù)據(jù)和圖像傳輸，需要有更大的通信帶寬和頻譜利用率。在這種情況下，大規(guī)模MIMO(Massive MIMO)多天線技術成為當前的研究熱點。MIMO技術利用建立在發(fā)射端和接收端的多天線實現(xiàn)的多空間通道發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下增加頻譜利用率，能有效提高系統(tǒng)的傳輸速率；該技術對于緩解無線頻譜資源日趨緊張的現(xiàn)狀和提高5G通信系統(tǒng)性能具有深遠的意義。

雖然MIMO系統(tǒng)在理想情況下，信道容量可隨天線數(shù)目線性增加(功率和帶寬固定)。但在實現(xiàn)中，由于實際空間的限制，天線單元間距往往不足半波長，從而信道的相關性變強、信噪比變差，天線效率下降，造成實際的信道容量和吞吐率降低。另一方面，較小的間距會引入諧振單元之間不必要的耦合，從而改變其方向圖，不適合大規(guī)模MIMO的組陣。因此如何在較小體積內(nèi)實現(xiàn)有效的多單元天線解耦，降低其相關性，獲得分集增益以及提高信道容量已成為學術界和工業(yè)界共同關注的熱點問題。

技術實現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術的缺陷與不足，本發(fā)明提供一種用于降低多天線系統(tǒng)中天線耦合的去耦合裝置及方法，在較小體積內(nèi)實現(xiàn)有效的多單元天線解耦，降低其相關性。

本發(fā)明的技術方案是：

一種用于降低多天線系統(tǒng)中天線耦合的去耦合裝置，所述多天線系統(tǒng)包括至少兩個連接收發(fā)機的天線，所述去耦合裝置包括至少一個分別放置在多天線系統(tǒng)中各天線之間的寄生天線，每個寄生天線分別端接有負載。

優(yōu)選的，所述寄生天線為單極子，倒F天線，環(huán)形天線，微帶天線中的一種或多種的組合。

優(yōu)選的，所述負載為開路傳輸線、短路傳輸線、接地電容、接地電感、LC串聯(lián)諧振回路中的一種或多種的組合。

優(yōu)選的，所述多天線系統(tǒng)為大規(guī)模MIMO多天線陣列，路由器天線，手機天線，數(shù)據(jù)卡天線中的一種。

優(yōu)選的，所述大規(guī)模MIMO多天線陣列按四單元方形子陣排布，對應的每個子陣中設置四個寄生天線，每個寄生天線分別設置在方形四個邊線的內(nèi)側。

優(yōu)選的，所述大規(guī)模MIMO多天線陣列按三單元三角形子陣排布，對應的每個子陣的三角形內(nèi)側設置一個寄生天線。

優(yōu)選的，所述大規(guī)模MIMO多天線陣列按四單元線形子陣排布，對應的每個子陣中設置三個寄生天線，每個寄生天線分別設置在相鄰兩個原天線單元之間。

優(yōu)選的，所述多天系統(tǒng)的每個天線設置有匹配網(wǎng)絡，使得加入端接負載的寄生天線陣之后，原多天線系統(tǒng)的匹配狀態(tài)不發(fā)生改變。

本發(fā)明還提供了一種用于降低多天線系統(tǒng)中天線耦合的去耦合裝置的去耦方法，包括：提取含有多天線系統(tǒng)和寄生天線系統(tǒng)組成的陣列的導納矩陣，通過調(diào)整寄生天線的自導納，以及寄生天線之間和寄生天線與多天線系統(tǒng)之間的互導納，以及寄生天線端接的負載導納，使得多天線系統(tǒng)一對或多對天線之間的互導納盡可能的小，互耦合低于25dB。

進一步的，設置端接在所述寄生天線本體上的負載的形式和數(shù)值，進一步減小所述多天線系統(tǒng)一對或多對天線之間的互耦合至30dB以下。

進一步的，設置所述多天線系統(tǒng)的匹配電路，使得加入寄生天線之后，所述原多天線系統(tǒng)天線單元的匹配狀態(tài)不發(fā)生惡化。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供一種用于降低多天線系統(tǒng)中天線耦合的去耦合裝置及方法，在多天線系統(tǒng)中各天線之間分別放置寄生天線，每個寄生天線分別端接有負載，根據(jù)原有多天線系統(tǒng)中各天線之間的耦合狀態(tài)，調(diào)整所述多個寄生天線的相對位置，形狀，諧振頻率以及所述端接負載的數(shù)值，可以顯著降低兩個以上的多天線系統(tǒng)之間任意天線之間在相同頻段或相近頻段的耦合；減小天線之間互相的干擾，提高系統(tǒng)的信噪比，進而提升通信的吞吐率，可靠性并降低時延。

本發(fā)明提出的方法和設備非常適合新一代移動通信系統(tǒng)所要求的全雙工收發(fā)，載波聚合以及大規(guī)模多輸入多輸出天線系統(tǒng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的多天線陣列和若干端接負載的寄生天線的布局示意；

圖2為本發(fā)明中一種針對大規(guī)模MIMO天線陣中四單元方形子陣的寄生天線排布示意；

圖3為本發(fā)明中一種針對大規(guī)模MIMO天線陣中三單元三角形子陣的寄生天線排布示意；

圖4為本發(fā)明中一種針對大規(guī)模MIMO天線陣中四單元線形子陣的寄生天線排布示意；

圖5為本發(fā)明實例中寄生天線端接負載的具體實現(xiàn)形式示意圖；

圖6為本發(fā)明一種針對大規(guī)模MIMO陣列中四單元方形微帶天線陣采用寄生的微帶單元解耦的具體的實施方案；

圖7為實施方案的解耦前后原天線陣任意一對天線之間的隔離度示意圖；

圖8為實施例中外接匹配網(wǎng)絡的多天線陣列和若干端接負載的寄生天線的布局示意。

具體實施方式

為了便于本領域技術人員的理解，下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述：

如圖1所示，為本發(fā)明所揭示的一種用于降低多天線系統(tǒng)中天線耦合的去耦合裝置，所述多天線系統(tǒng)包括至少兩個連接收發(fā)機的天線，所述去耦合裝置包括至少一個分別放置在多天線系統(tǒng)中各天線之間的寄生天線，每個寄生天線分別端接有負載。

本實施方式提供一種無線LTE通訊設備中降低天線耦合和互擾的方法，采用如下技術方案:

如圖2所示，在一個大規(guī)模MIMO陣單元之中，加入寄生天線單元，所述大規(guī)模MIMO多天線陣列按四單元方形子陣排布，對應的每個子陣中設置四個寄生天線，每個寄生天線分別設置在方形四個邊線的內(nèi)側。設置寄生天線單元的形狀，相對位置，使得原MIMO天線陣單元之間的耦合盡可能的小。具體的設置方式為：

提取如圖1所示的陣列的導納矩陣，該陣列包括三部分：多天線陣列，寄生天線，寄生天線端接負載。

提取出的導納矩陣表示為：

其中，電流矩陣I和電壓矩陣V具體表示為：

參考圖2中標出的具體的導納參數(shù)，對應的導納子矩陣詳細表示為：

考慮到寄生天線單元端接負載Y1,Y2,Y3,Y4之后，有如下的電流電壓關系

其中，負載矩陣YL是一個對角陣:

將(5)式代入(1)式中，最終得到：

因此，若只提取加入寄生天線單元和端接負載之后的原多天線陣的導納矩陣，應該如下式所表示：

對比(7)和(8)兩式，可以得到：

對于互耦較強的原多天線陣，其互導納YA和YB通常比較大，而加入寄生天線單元之后，從(9)和(10)兩式可以看出，設置寄生天線本身的特性，可以改變式中的自導納YII；而改變寄生天線相對的位置，排布，則可以改變式中的互導納：YC,YD,YE,YF；改變寄生天線單元端接負載，可以改變式中的YL，通過計算設置所述的導納參數(shù)，可以使得互導納YA’和YB’盡可能接近0?；Ъ{接近0，就意味著天線陣各單元之間的互耦足夠的小。

進一步的，除了圖2示出的陣列形式，本發(fā)明所提出的解耦方法還可以適用于圖3所示的三角陣列，所述大規(guī)模MIMO多天線陣列按四單元線形子陣排布，對應的每個子陣中設置三個寄生天線，每個寄生天線分別設置在相鄰兩個原天線單元之間。圖3所示的排布方式，常見于Wi-Fi路由器等終端上。采用與式(1)～(10)示出的同樣的設計和計算方法，可以采用一個寄生天線單元，降低所有三對天線之間的互耦。

進一步的，本發(fā)明所提出的解耦方法也可以適用于如圖4所示的多單元線陣。所述大規(guī)模MIMO多天線陣列按四單元線形子陣排布，對應的每個子陣中設置三個寄生天線，每個寄生天線分別設置在相鄰兩個原天線單元之間，采用與式(1)～(10)示出的同樣的設計和計算方法，可以降低所有天線之間的互耦。

所述寄生天線端接的負載，可以有如圖5所示的多種實現(xiàn)形式：

1：開路傳輸線；

2：短路傳輸線；

3：接地電容；

4：接地電感；

5：LC串聯(lián)諧振回路。

圖6是本發(fā)明的一種具體的實施示例。針對一個設置在底板1＇上的四單元微帶天線陣列，天線單元2＇之間的耦合在受限的間距下是比較大的，通過設置四個同樣由微帶天線構成的寄生天線單元3＇，并進一步的設置通過饋電點4＇連接的負載5＇，可以降低所有天線單元2＇之間的各種互耦。

解耦前后，原多天線陣中的各天線之間的互耦比較，詳見圖7?？梢钥吹?，在解耦之前，天線單元之間的互耦一般大于10dB，而通過所述端接負載的寄生天線解耦之后，互耦可以降低到25dB以下。

如圖8所示，在加入寄生天線之后，可以進一步的設置原天線陣之后的匹配網(wǎng)絡，使得在耦合降低的同時，所述原多天線陣中各天線的匹配狀態(tài)不受很大的影響。

需要說明的是，所述無線設備包括但不限于基站，路由器，手機，數(shù)據(jù)卡，也可以應用于其他使用了多天線環(huán)境的無線通信終端。

以上實施例僅以說明而非限制本發(fā)明的技術方案，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。