專利名稱：臨近頻段間實現(xiàn)天線高隔離的系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到通信的多天線系統(tǒng)，尤其涉及一種兩個臨近頻段內(nèi)實現(xiàn)天線高隔離的系統(tǒng)及方法。
背景技術：
在多天線系統(tǒng)中，需要使用多個接收及發(fā)射天線。天線之間的耦合會降低天線的輻射性能，并由此影響整個系統(tǒng)的性能。尤其是在移動終端中，天線之間的隙非常小，相互之間的耦合強，為此需要采用隔離技術消除天線之間的耦合。其中一種是采用在接地板上開槽或加缺陷地(DGS)結(jié)構(gòu)來消除天線之間耦合的技術，利用接地板上的槽或缺陷地產(chǎn)生帶阻效應，從而抑制天線之間的耦合。但是，接地板一般需要和很多電氣元件連接，要改變接地板的結(jié)構(gòu)難度比較大，通用性比較差。第二種是采用電磁帶隙結(jié)構(gòu)(EBG)來消除天線之間耦合的技術，電磁帶隙結(jié)構(gòu)可以抑制表面波傳播，由此來減少天線間的耦合。但是，EGB結(jié)構(gòu)太大，不適合應用于像手機這類移動終端中。第三種是天線采用電磁超材料來在一段頻段內(nèi)產(chǎn)生等效負磁導率，從而使得電磁能量無法從一個天線傳送至另一個天線，由此實現(xiàn)高隔離的功效?；蛘呤牵谒姆N采用端口去耦和匹配方法來消除天線之間耦合的技術。即，一個無源的去耦器件(定向耦合器或分支線耦合器)和匹配網(wǎng)絡被加到天線的端口處。但是，上述兩種方法存在的缺陷為增加了設計的復雜度，像無源器件等將占據(jù)很大的空間，也不利用應用在像手機這類移動終端中。在申請?zhí)枮?0088000128. 0中公開了一種“采用耦合元件來提高天線隔離的系統(tǒng)和方法”，在該申請文件中公開了天線系統(tǒng)，其包括與第一天線元件，其與第二天線元件互耦合，第一和第二天線元件之間的互耦使得在第二天線元件上產(chǎn)生第一電流，并且耦合元件至少部分位于第一和第二天線元件之間，其中耦合元件與第一和第二天線元件互耦，并且耦合元件被設置以在第二天線元件上產(chǎn)生第二電流，其至少能夠部分抵消第一電流。在上述專利申請中僅公開原理，并未具體指明如何來完成天線隔離的。然而，隨著無線通信的快速發(fā)展，為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎唾|(zhì)量，多輸入多輸出 (MIMO)技術已被采用。也就是說，隨著近幾年的持續(xù)發(fā)展，MIMO技術越來越多地應用于各種通信系統(tǒng)。而為了滿足各種不同的應用，已經(jīng)或正在制定多個無線通信標準。這些標準的工作頻段是不同的，但是由于電磁頻譜的稀缺性，很多標準的工作頻段又非常臨近，如目前正在使用的CDMA800，GSM900.而美國也將700MHz的頻段分配給LTE。可以預見，在不遠的將來，會有越來越多的標準采用MIMO技術，而且這些標準的工作頻段會非?？拷?。并且，MIMO技術需要移動設備具有兩個或者多個工作方式完全相同但相互獨立的天線。在移動設備中，為了節(jié)省空間，臨近的頻段一般都是采用一根天線覆蓋。如果采用 MIMO技術，則將需要兩根或多根可以覆蓋這兩個臨近頻段的天線。但是，這個時候在這兩個頻段內(nèi)這些天線將會發(fā)生很大的耦合。如何在這兩個臨近的頻段內(nèi)都實現(xiàn)好的隔離是需要迫切解決的問題。而現(xiàn)有的技術都只能實現(xiàn)單個頻段且窄帶的高隔離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于提供一種臨近頻段內(nèi)實現(xiàn)天線高隔離的系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術中只能實現(xiàn)單個頻段且窄帶的高隔離，而不能實現(xiàn)兩臨近頻段內(nèi)實現(xiàn)天線高隔離的技術問題。本發(fā)明的第二目的在于提供一種臨近頻段內(nèi)實現(xiàn)天線高隔離的方法，以解決現(xiàn)有技術中只能實現(xiàn)單個頻段且窄帶的高隔離，而不能實現(xiàn)兩臨近頻段內(nèi)實現(xiàn)天線高隔離的技術問題。一種臨近頻段間實現(xiàn)天線高隔離的多天線系統(tǒng)，位于不同頻段的兩個天線單元的未端形成一耦合電容，并且兩個天線單元之間用中和線連接，耦合電容與中和線形成一回路，并在中和線上加入并聯(lián)諧振電路/分布參數(shù)結(jié)構(gòu)，并且，fl<fi<f2，fl<f0<f2，其中，欲產(chǎn)生隔離的兩個頻段為Π和f2，fi為耦合電容與中和線形成一回路的諧振頻率，f0為并聯(lián)諧振電路/分布參數(shù)結(jié)構(gòu)的諧振頻率。一種臨近頻段間實現(xiàn)天線高隔離的方法，包括以下步驟
提供一電路位于不同頻段的兩個天線單元的未端形成一耦合電容，并且兩個天線單元之間用中和線連接，耦合電容與中和線形成一回路，并在中和線上加入并聯(lián)諧振電路/ 分布參數(shù)結(jié)構(gòu)，并且，f l<fi<f2，f I<f0<f2，其中，欲產(chǎn)生隔離的兩個頻段為f 1和f2，fi為耦合電容與中和線形成一回路的諧振頻率，f0為并聯(lián)諧振電路/分布參數(shù)結(jié)構(gòu)的諧振頻率； 在天線單元的端口輸入變化的工作頻率f，測試兩預隔離的頻段的耦合度，找到滿足符合隔離要求的工作頻率。假設天線的主耦合為電容耦合，耦合電容為C。，耦合電感為L。，高隔離就發(fā)生在
Zj = /(2π^Ε).當工作頻率f<f0時，并聯(lián)諧振電路/分布參數(shù)結(jié)構(gòu)對外表現(xiàn)為電感特
性，降低回路的當前諧振頻率fi，當工作頻率f>f0時并聯(lián)諧振電路/分布參數(shù)結(jié)構(gòu)對外表現(xiàn)為電容特性，升高回路的當前諧振頻率fi。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明能夠在兩個臨近頻段實現(xiàn)天線的高隔離，同時又保持天線的良好的輻射性能。


圖1為一種臨近頻段間實現(xiàn)天線高隔離的多天線系統(tǒng)的原理示例圖2A為天線單元采用C型單極子天線的實現(xiàn)高隔離的多天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2B 為結(jié)構(gòu)中的并聯(lián)諧振電路部分的放大圖，圖2C為接地板在基板下表面示意圖； 圖3為未采用諧振式中和線法的結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果； 圖4為采用傳統(tǒng)中和線法的結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果； 圖5為采用諧振式中和線法的結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果； 圖6為另一種臨近頻段間實現(xiàn)天線高隔離的多天線系統(tǒng)的原理示例圖。 圖7為另一種結(jié)構(gòu)中的并聯(lián)諧振電路部分的放大圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，具體說明本發(fā)明。
實施例1
本發(fā)明提出一種新的方法-諧振式中和線法，兩個天線的末端有一個耦合，一般來說為電容耦合。而中和線為一段細的導線，相當于引入了電感耦合。電感耦合與電容耦合形成一個回路。當該回路諧振時(設諧振頻率為fi)，對于天線的端口來說，就如同產(chǎn)生了一個帶阻濾波器。因此，可以在該頻段實現(xiàn)一個很好的隔離。與傳統(tǒng)的中和線法不同，本方法在中和線中加入了并聯(lián)諧振電路。請參閱圖1，一種臨近頻段間實現(xiàn)天線高隔離的多天線系統(tǒng)，位于不同頻段的兩個天線單元5的未端形成一耦合電容1，并且兩個天線單元5之間用中和線2連接，耦合電容1 與細導線(或稱中和線)2形成一回路，并在中和線2上加入并聯(lián)諧振電路，并且，fl<fi<f2, n<f0<f2，其中，欲產(chǎn)生隔離的兩個頻段為fl和f2，fi為耦合電容1與中和線2形成一回路的諧振頻率，f0為并聯(lián)諧振電路的諧振頻率。在圖1中，并聯(lián)諧振電路包括一并聯(lián)的電容4和電感3，但本發(fā)明并非局限于此，任何等效電路都可以。假設天線的主耦合為電容耦合，耦合電容為C。，耦合電感為L。，高隔離就發(fā)生在
Ji = /(2π^Ε).當頻率f<f0時，并聯(lián)諧振電路對外表現(xiàn)為電感特性，因此整個中和線的
等效電感提高。因此可以把回路的諧振頻率降低為小于fi。當工作頻率f>f0時，并聯(lián)諧振電路對外表現(xiàn)為電容特性，因此整個中和線的等效電感降低，因此可以把回路的諧振頻率升高為大于fi。同時，由于該諧振回路屬于開放的回路，因此可以產(chǎn)生很好的電磁輻射。 亦即并聯(lián)諧振電路提供一個隨頻率變化的電抗，以此改變整個中和線的等效電感，從而回路的諧振頻率發(fā)生改變。天線單元可以為C形單極子天線、偶極子天線，平面倒F天線，微帶天線的其中之
ο天線單元以C型單極子天線為實施例來說明本發(fā)明。請參閱圖2A，其為天線單元采用C型單極子天線的實現(xiàn)高隔離的多天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2B為結(jié)構(gòu)中的并聯(lián)諧振電路部分的放大圖。圖2A在基板601上表面，圖2C 為接地板701，在基板601下表面.
兩個C型單極子天線相對設置在一基板601，101、201未端剛好形成一耦合電容。并且兩個C型單極子天線之間(主要是指C型單極子天線101、201的中段)用中和線402連接，耦合電容與中和線402形成一回路，并在中和線上加入并聯(lián)諧振電路501，并聯(lián)諧振電路501 包括并聯(lián)的電容801和電感901?；谏鲜龅碾娐罚环N臨近頻段間實現(xiàn)天線高隔離的方法包括以下步驟
在天線單元的端口輸入變化的工作頻率f，利用仿真測試兩預隔離的頻段的耦合度，找到滿足符合隔離要求的工作頻率。并且，當工作頻率f<f0時，并聯(lián)諧振電路/分布參數(shù)結(jié)構(gòu)對外表現(xiàn)為電感特性，降低回路的當前諧振頻率fi，當工作頻率f>f0時中，并聯(lián)諧振電路/分布參數(shù)結(jié)構(gòu)對外表現(xiàn)為電容特性，升高回路的當前諧振頻率fi。同時，由于該諧振回路屬于開放的回路，因此可以產(chǎn)生很好的電磁輻射。為了驗證上述方法，所設計的工作頻段LTE700 (746_756MHz)和GSM850
(869-894MHZ)，在這連個頻段內(nèi)的隔離需要小于_15dB，輻射效率大于40%。我們進一步將
我們的結(jié)構(gòu)與未采用中和線的結(jié)構(gòu)以及采用傳統(tǒng)中和線的結(jié)構(gòu)進行了比較。未采用中和線的結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果如圖3所示，可以看出，天線的有效工作頻段位于650MHz，而在此處的耦合達到了 _3dB。采用傳統(tǒng)中和線法的結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果如圖4所示，可以看出，天線的有效工作頻段位于850MHz，且在此處耦合可以小于-15dB。但是也可以看出，采用傳統(tǒng)的中和線法僅僅能夠在一個頻段內(nèi)產(chǎn)生有效的隔離和輻射，無法滿足兩個臨近的雙頻段的要求。采用我們提出的諧振式中和線法的結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果如圖5所示，可以看出，在兩個臨近的頻段內(nèi)(LTE700和GSM850)，天線不僅可以有好的輻射，而且天線的隔離也小于-15dB。實施例二
請參閱圖6，一種臨近頻段間實現(xiàn)天線高隔離的多天線系統(tǒng)，位于不同頻段的兩個天線單元的未端形成一耦合電容，并且兩個天線單元之間用中和線連接，耦合電容與中和線形成一回路，并在中和線上加入分布式電容8和分布式電感9 (請參閱圖7)，并且，fl<fi<f2, n<f0<f2，其中，欲產(chǎn)生隔離的兩個頻段為fl和f2，fi為耦合電容與中和線形成一回路的諧振頻率，f0為分布參數(shù)結(jié)構(gòu)的諧振頻率。分布參數(shù)結(jié)構(gòu)的諧振頻率f0與回路的諧振頻率fi存在以下關系
當工作頻率f<f0時，分布參數(shù)結(jié)構(gòu)對外表現(xiàn)為電感特性，降低回路的當前諧振頻率 fi ；當工作頻率f>fo時，分布參數(shù)結(jié)構(gòu)對外表現(xiàn)為電容特性，升高回路的當前諧振頻率fi， f為輸入至天線單元端口的頻率。以上公開的僅為本申請的幾個具體實施例，但本申請并非局限于此，任何本領域的技術人員能思之的變化，都應落在本申請的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種臨近頻段間實現(xiàn)天線高隔離的多天線系統(tǒng)，其特征在于，位于不同頻段的兩個天線單元的未端形成一耦合電容，并且兩個天線單元之間用中和線連接，耦合電容與中和線形成一回路，并在中和線上加入并聯(lián)諧振電路，并且，fl<fi<f2，fl<f0<f2，其中，欲產(chǎn)生隔離的兩個頻段為Π和f2，fi為耦合電容與中和線形成一回路的諧振頻率，f0為并聯(lián)諧振電路的諧振頻率。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，并聯(lián)諧振電路的諧振頻率f0與回路的諧振頻率fi存在以下關系當工作頻率f<f0時，并聯(lián)諧振電路對外表現(xiàn)為電感特性，降低回路的當前諧振頻率fi；當工作頻率f>f0時，并聯(lián)諧振電路對外表現(xiàn)為電容特性，升高回路的當前諧振頻率 fi, f為輸入至天線單元端口的頻率。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述并聯(lián)諧振電路進一步包括并聯(lián)的一電容與一電感。
4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，天線單元為C形單極子天線、偶極子天線，平面倒F天線，微帶天線的其中之一。
5.一種臨近頻段間實現(xiàn)天線高隔離的多天線系統(tǒng)，其特征在于，位于不同頻段的兩個天線單元的未端形成一耦合電容，并且兩個天線單元之間用中和線連接，耦合電容與中和線形成一回路，并在中和線上加入分布參數(shù)結(jié)構(gòu)，并且，fl<fi<f2, n<f0<f2，其中，欲產(chǎn)生隔離的兩個頻段為Π和f2，fi為耦合電容與中和線形成一回路的諧振頻率，f0為分布參數(shù)結(jié)構(gòu)的諧振頻率。
6.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，天線單元為C形單極子天線、偶極子天線，平面倒F天線，微帶天線的其中之一。
7.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，分布參數(shù)結(jié)構(gòu)的諧振頻率fO與回路的諧振頻率fi存在以下關系當工作頻率f<f0時，分布參數(shù)結(jié)構(gòu)對外表現(xiàn)為電感特性，降低回路的當前諧振頻率fi；當工作頻率f>f0時，分布參數(shù)結(jié)構(gòu)對外表現(xiàn)為電容特性，升高回路的當前諧振頻率 fi, f為輸入至天線單元端口的頻率。
8.一種臨近頻段間實現(xiàn)天線高隔離的方法，其特征在于，包括以下步驟提供一電路位于不同頻段的兩個天線單元的未端形成一耦合電容，并且兩個天線單元之間用中和線連接，耦合電容與中和線形成一回路，并在中和線上加入并聯(lián)諧振電路/ 分布參數(shù)結(jié)構(gòu)，并且，f l<fi<f2，f I<f0<f2，其中，欲產(chǎn)生隔離的兩個頻段為f 1和f2，fi為耦合電容與中和線形成一回路的諧振頻率，f0為并聯(lián)諧振電路/分布參數(shù)結(jié)構(gòu)的諧振頻率； 在天線單元的端口輸入變化的工作頻率f，測試兩預隔離的頻段的耦合度，找到滿足符合隔離要求的工作頻率。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于，假設天線的主耦合為電容耦合，耦合電容為C。，耦合電感為L。，高隔離就發(fā)生在Ji =，當工作頻率f<f0時，并聯(lián)諧振電路/分布參數(shù)結(jié)構(gòu)對外表現(xiàn)為電感特性，降低回路的當前諧振頻率f i，當工作頻率f>f0時中，并聯(lián)諧振電路/分布參數(shù)結(jié)構(gòu)對外表現(xiàn)為電容特性，升高回路的當前諧振頻率f i。
全文摘要
一種臨近頻段間實現(xiàn)天線高隔離的多天線系統(tǒng)，位于不同頻段的兩個天線單元的未端形成一耦合電容，并且兩個天線單元之間用中和線連接，耦合電容與中和線形成一回路，并在中和線上加入并聯(lián)諧振電路/分布參數(shù)結(jié)構(gòu)，并且，f1<fi<f2，f1<f0<f2，其中，欲產(chǎn)生隔離的兩個頻段為f1和f2，fi為耦合電容與中和線(未加并聯(lián)諧振電路)形成一回路的諧振頻率，f0為并聯(lián)諧振電路/分布參數(shù)結(jié)構(gòu)的諧振頻率。當頻率f<f0時，并聯(lián)諧振電路/分布參數(shù)結(jié)構(gòu)對外表現(xiàn)為電感特性，因此整個中和線的等效電感提高。因此可以把回路的諧振頻率降低為小于fi。當工作頻率f>f0時，并聯(lián)諧振電路/分布參數(shù)結(jié)構(gòu)對外表現(xiàn)為電容特性，因此整個中和線的等效電感降低，因此可以把回路的諧振頻率升高為大于fi。同時，由于該并聯(lián)諧振電路/分布參數(shù)結(jié)構(gòu)屬于開放的回路，因此可以產(chǎn)生很好的電磁輻射。
文檔編號H01Q1/52GK102570028SQ201010578030
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權日2010年12月8日
發(fā)明者孫勁, 牛家曉 申請人:上海安費諾永億通訊電子有限公司