[发明专利]用于紧凑型天线阵列的天线去耦设备以及包含有该设备的天线阵列

说明书

技术领域

本申请涉及天线去耦技术，具体地，涉及用于使紧凑型天线阵列中的两个或更多个天线去耦的设备以及具有这种设备的紧凑型天线阵列。

背景技术

下一代通信系统的飞速进步激发了高吞吐率、小型化便携移动终端的发展。根据著名的香农定理，为了改善通信系统的信道容量/吞吐率，一种方法是增加系统带宽，该方法已在第三和第四代移动终端中广泛采用。另一种方法是使用多输入多输出（MIMO）技术。该技术在发送机和接收机处均使用多个天线以使信道容量成倍提高。因此，未来的高速移动终端需要宽带紧凑型的多天线阵列系统。

由于无线通讯设备正在变得更小且更轻薄，所以便携式终端中的多个天线必须放置在有限体积的空间内，因此天线之间的间距将远小于半波长。如此受限的间距不仅会增大天线之间的空间/方向图的相关性，还导致天线之间具有较强的互耦。高空间相关性会导致信道相关联且信道容量减小，而强互耦则导致辐射效率降低，进而降低了信噪比并最终使得信道容量减小。这个问题已引起许多世界领先公司的高度重视。

为了保持多天线系统的小型化并减小天线之间的干扰，迫切需要研发行之有效的去耦技术。

发明内容

本申请的一个方面提出了一种用于对紧凑型天线阵列中的两个天线去耦的设备，该设备包括两个分别耦合到源端口和负载端口的耦合谐振器；同时，紧凑型天线阵列中的两天线中的第一天线连接到源端口，而两个天线中的第二天线连接至负载端口。

第一谐振器和第二谐振器被配置使得源端口与第一谐振器之间的第一耦合、第一谐振器与第二谐振器之间的第二耦合、以及第二谐振器与负载端口之间的第三耦合被优化以满足以下条件：即，由紧凑型的两天线组成的两端口网络与由两个谐振器耦合组成的两端口网络并联构成的总网络的隔离度尽可能接近于零，而其每个端口（源端口和负载端口）的反射系数最小。

在本申请的实施方式中，谐振器的谐振频率（自耦合）和/或设备的其他耦合可进一步调整，以便在更复杂的情况下满足以上条件。

在本申请的实施方式中，该去耦网络设备可通过低温共烧陶瓷或其他多层基板技术或其它无源集成技术实现。

在本申请的实施方式中，谐振器间的耦合可以是固定的，而输入/输出耦合可以是可调的，使得该设备可实现为适用于具有不同特性的紧凑型天线阵的通用元件。

在本申请的实施方式中，还可与第一谐振器和第二谐振器并联或串联地提供第三谐振器和第四谐振器，以实现双频带去耦。

在本申请的实施方式中，还可添加传输线和/或匹配网络。

本申请的另一方面提出了用于对紧凑型天线阵列中的多个天线去耦的设备，该设备包括多个谐振器，其中的每个谐振器均耦合至一个端口，该端口与多个天线中的其中一个连接，设备的耦合系数被调整以满足以下条件，即，由紧凑型的多天线组成的两端口网络与由多个谐振器耦合组成的两端口网络并联构成的总网络的隔离度尽可能接近于零，而其每个端口的反射系数最小。

本申请的又一方面提出了包括多个天线的天线阵列，其中根据本申请的去耦设备被安置在多个天线中的至少两个天线之间。

附图说明

图1示出了根据本申请的一个实施方式的电路原理图。

图2示出了根据本申请的另一实施方式的电路原理图。

图3示出了适用于对称天线阵列示例的、根据本申请的一个实施方式的物理结构。

图4示出了适用于非对称天线阵列示例的、根据本申请的实施方式的物理结构。

图5出于说明的目的示出了对于去耦的对称天线阵列的预期去耦和匹配结果。

图6出于说明的目的示出了对于去耦的非对称天线阵列的预期去耦和匹配结果。

图7示出了根据本申请的另一实施方式的电路原理图，其为通用去耦模块。

图8（a）是没有去耦网络的非对称天线阵列示例。

图8（b）是图8（a）的阵列的仿真和测量的散射参数，示出了无去耦网络的阵列的隔离和反射系数。

图9（a）是包含根据本申请设计的去耦网络的图8（a）的非对称天线阵列示例。

图9（b）是图9（a）的阵列的仿真和测量的散射参数，示出了该阵列的去耦和匹配性能。

图10（a）是添加有根据本申请的去耦网络的对称天线阵列示例。

图10（b）是图10（a）的阵列的仿真和测量的散射参数，示出了该阵列的去耦和匹配性能。

图11（a）是添加有根据本申请的全部8个耦合系数的去耦网络的天线阵列示例。