一种采用去耦引波器改善多天线系统耦合性能的方法

摘要

本发明公开了一种采用去耦引波器改善多天线系统耦合性能的方法，在多天线系统的各天线单元之间设置去耦引波器，去耦引波器吸收天线单元发射出的电磁波，降低天线单元间的互相干扰。所述去耦引波器包括引波金属件，引波金属件通过螺丝或者直插方式固定在天线主板上，并与天线主板上的地层接触。或者，引波金属件通过非金属支撑件固定于天线主板上方，引波金属件与地层不接触。本发明在多天线系统单元天线之间，插入引波器接到主板的地上，导引产生耦合的部分电磁波进入到主板的地上，从而降低与其他天线单元的耦合，达到降低天线之间耦合的目的，结构简单，效果良好，够很好的应用在MIMO通信系统中。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种采用去耦引波器改善多天线系统耦合性能的方法。

背景技术

随着移动通信系统的快速发展，射频频谱资源日益短缺，如何提供更高质量、更快速的通信服务成为第五代移动通信系统(5G)中的研究热点。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。因此，多输入多输出技术能够在不额外增加通信频带和发射功率的情况下，实现高速、大容量的数据传输，显著的提高系统数据吞吐率和信道容量。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。

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

本发明目的是：提供一种采用去耦引波器改善多天线系统耦合性能的方法，将原本天线互扰的一部分电磁波导引到地板上，降低天线单元之间的互扰。

本发明的技术方案是：

一种采用去耦引波器改善多天线系统耦合性能的方法，方法包括：

在多天线系统的各天线单元之间设置去耦引波器，去耦引波器吸收天线单元发射出的电磁波，降低天线单元间的互相干扰。

优选的，所述去耦引波器包括引波金属件，引波金属件通过螺丝或者直插方式固定在天线主板上，并与天线主板上的地层接触。

优选的，所述去耦引波器包括引波金属件和非金属支撑件，引波金属件通过非金属支撑件固定于天线主板上方，引波金属件与地层不接触。

优选的，所述引波金属件的形式为金属棒、金属条，或者PCB微带线中的一种。

优选的，相邻天线单元间的去耦引波器是一个或者多个。

优选的，所示去耦引波器放置在两个天线单元的之间，或者布局在单元天线的四周。

优选的，所述去耦引波器的引波金属件为T型、Y型或π型结构，竖直位于天线主板上方，通过非金属支撑件固定于天线主板上，两端分别指向相邻的两个天线单元。

本发明的优点是：

本发明在多天线系统中，单元天线之间，插入一种引波器，接到主板的地上，导引产生耦合的部分电磁波进入到主板的地上，从而无法耦合到其他天线单元，达到降低天线之间耦合的目的，结构简单，效果良好，够很好的应用在MIMO通信系统中。

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为双天线系统的天线单元之间存耦合的示意图；

图2为双天线系统加载两个去耦引波器的示意图；

图3为四天线系统四周加载去耦引波器的示意图；

图4为对称天线阵列系统加载T型去耦引波器的示意图；

图5为对称天线阵列系统加载π型去耦引波器的示意图；

图6为双天线系统的原始S11和S12参数图；

图7为加载去耦引波器的两天线单元组成的线阵MIMO天线的S11以及S12参数图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。详述如下：

如图1所示，双天线系统包括两个靠近的单极子的第一天线单元1、第二天线单元2，两个单极子天线单元之间不采用任何措施时，第一天线单元1发射的电磁波通过路径A可以直接被第二天线单元2接收，同理第二天线单元2发射的电磁波通过路径B，被第一天线单元1接收，这就导致第一天线单元1和第二天线单元2之间存在耦合。

在第一天线单元1、第二天线单元2 之间放置金属制成的第一去耦引波器4，第一去耦引波器4为竖直金属棒结构，如图2所示。第一去耦引波器4与天线系统的主板的地层3相连，第一去耦引波器4将导引第一天线单元1发射出的电磁波由原本的A路径，改为直接走C路径由地层3吸收，同法在靠近第二天线单元2的位置再植入一根相同结构的第二去耦引波器5，同样改变了第二天线单元2原本发出的电磁波从B路径改成了D路径，直接导入了主板的地层3上，整个系统减少了一部分电磁波的耦合，从而降低了第一天线单元1、第二天线单元2之间的互扰。

所述去耦引波器除了金属棒结构，还可以设计成金属条，或者PCB微带线结构，去耦引波器通过螺丝或者直插在主板上，并与天线主板上的地层接触。

本发明提出的耦合性能改善方法不仅仅限于两个天线单元线阵，同样也适用于图3所示的四个双极化天线单元阵列，引波器可以放置在两个天线单元的之间，也可以布局在双极化天线单元的四周，第一双极化天线单元21极化振子的四周角分别放置金属制成的第三～第六去耦引波器22、23、24、25，同图2相同原理，各去耦引波器将导第一双极化天线单元21发射出的电磁波引向直接走E路径，同法在其余三个角电磁波被分别引向每根引波器路径，相邻两个双极化天线单元振子角共用一个去耦引波器，直接导入了主板的地上，整个系统减少了一部分电磁波的耦合，从而降低了第一双极化天线单元21和第二双极化天线单元26 之间的互扰。

本发明提出的耦合性能改善方法不仅仅限于添加接地的金属棒结构去耦引波器，同样去耦引波器也可以是非接地形式，图4为一个对称天线阵列系统示意图，非接地形式的去耦引波器放置在两个天线单元的之间，图4中，第三双极化天线单元31和第四双极化天线单元41之间有一个T型引波器，T型引波器包括T型引波金属件32和非金属支撑件33，T型引波金属件32通过非金属支撑杆33支撑在主板上方，使T型引波金属件32悬在空中，处于非接地状态。电磁波通过引波器引导偏离原始路径，在外表面发生电磁波绕行，避免了与临近天线单元的耦合，从而降低了第三双极化天线单元31和第四双极化天线单元41之间的互扰。

图4中的T型引波器还可以改成Y型或π型结构。图5中，第三双极化天线单元31和第四双极化天线单元41之间有一个π型引波器，作用原理与图4中类似，这里不再赘述。

本发明的去耦引波器的高度理论上不受限制，可以高于天线单元的高度。

本发明以一个两天线系统为例，在第一天线单元1、第二天线单元2之间植入第一去耦引波器4和第二去耦引波器5，实现去耦的目的；经过试验对比，如图6和7所示，加入去耦引波器之后，天线的隔离度提升了20dB以上，满足实际工程要求。上述实验结果不仅仅限于两个天线单元线阵，同样也适用于三个以及以上多天线系统，特别适用于基站天线系统。

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。