移動(dòng)終端中多天線隔離技術(shù)的專利分析

巫吟荷

【摘要】 隨著LTE和4G系統(tǒng)發(fā)展的需要，移動(dòng)終端需要配置多個(gè)可獨(dú)立工作的天線。如何減小移動(dòng)終端中多個(gè)天線之間的耦合，提高天線單元之間的隔離度成為MIMO天線設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

本文通過對(duì)移動(dòng)終端中多天線隔離技術(shù)在國際、國內(nèi)的專利申請(qǐng)情況以及對(duì)多天線隔離技術(shù)發(fā)展的主要分支進(jìn)行分析，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解和應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)具有重要意義。

【關(guān)鍵字】 多天線 隔離 MIMO 去耦 移動(dòng)終端

一、引言

多輸入多輸出技術(shù)（MIMO）天線系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端都使用了多副天線，它在原有的時(shí)分復(fù)用和頻分復(fù)用的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)空間維度，實(shí)現(xiàn)大幅度提升信道容量、通信品質(zhì)和傳輸速率的目的[1]。

多輸入多輸出技術(shù)被廣泛地認(rèn)為是LTE和4G系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。多天線系統(tǒng)中引起互耦的主要因素是地板表面波和空間波。面對(duì)如何解決多天線單元之間的隔離問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了各種深入研究。

二、多天線隔離技術(shù)專利分析

2.1 多天線隔離技術(shù)的發(fā)展

截止到2015年5月，利用專業(yè)的檢索工具檢索后發(fā)現(xiàn)，就多天線隔離技術(shù)的全球?qū)＠暾?qǐng)量而言，2010年以后，申請(qǐng)量迅速增長，其中2012年、2013年達(dá)到了較大的申請(qǐng)量；就我國的專利申請(qǐng)量而言，也是在2010年以后，申請(qǐng)量迅速增長，到2013年申請(qǐng)量達(dá)到最大。

可見，為了適應(yīng)LTE和4G無線通信系統(tǒng)的發(fā)展，滿足多功能智能移動(dòng)終端的小型化和薄型化的需求，國內(nèi)外技術(shù)人員做出了較大的努力。通過對(duì)比國內(nèi)申請(qǐng)量與全球申請(qǐng)量可以看出，早期申請(qǐng)中國外的申請(qǐng)占據(jù)的比例較大，國內(nèi)在多天線隔離技術(shù)的研究上處于起步階段。

從申請(qǐng)機(jī)構(gòu)的類型來看，國內(nèi)公司申請(qǐng)、高校申請(qǐng)各占據(jù)了37.6%，國外公司申請(qǐng)占據(jù)了24.7%。公司的申請(qǐng)量和高校的申請(qǐng)量相當(dāng)，說明企業(yè)在通訊技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新和研發(fā)中起著很重要的作用，而高校在多天線隔離技術(shù)的研究上也占據(jù)了主要的地位。

可見，由于新一代移動(dòng)通信技術(shù)的大力發(fā)展，移動(dòng)終端中多天線隔離技術(shù)的研究無論對(duì)于企業(yè)還是高校都已成為了研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

2.2 多天線隔離技術(shù)發(fā)展的主要分支

通過對(duì)多天線隔離技術(shù)專利的分析，可以得出為了提高多天線之間的隔離度，主要有以下幾種方式：

第一，基于解耦網(wǎng)絡(luò)去耦。早在1976年，學(xué)者Andersen提出利用內(nèi)置解耦網(wǎng)絡(luò)減小MIMO天線單元間的互耦。但這種方法會(huì)增加天線的設(shè)計(jì)難度和重量，影響MIMO系統(tǒng)的大小，且該種方法只適用于窄帶的MIMO天線。

第二，基于中和線技術(shù)去耦。利用 “中和線”將兩天線相連，是一種引入電耦合的方法。通過選擇合適的“中和線”長度、形狀及合適的連接位置，能夠起到一定去耦的效果。

第三，基于EBG地板去耦。EBG結(jié)構(gòu)是一種具有高阻抗及帶阻等特性的周期性結(jié)構(gòu)，其可起到抑制表面波的作用，可用于多天線之間的去耦問題。但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本較高，大大限制了應(yīng)用范圍。

第四，基于特殊地平面去耦。特殊地平面結(jié)構(gòu)可以是缺陷地結(jié)構(gòu)、或者是在地板上設(shè)置枝節(jié)。該法可改變地電流的分布，設(shè)計(jì)靈活，可根據(jù)具體天線的安裝環(huán)境來優(yōu)化設(shè)計(jì)缺陷地結(jié)構(gòu)的形狀。

第五，基于寄生輻射單元去耦。寄生單元減小天線單元間互耦的原理：通過抵消受激勵(lì)天線單元與寄生單元之間產(chǎn)生的耦合電流，以及寄生單元與非激勵(lì)天線之間產(chǎn)生的耦合電流，實(shí)現(xiàn)提高天線單元間隔離度的目的。

第六，基于分離式地面去耦。分離式地面是指在同一塊介質(zhì)基板上的多個(gè)天線之間具有不是物理連接在一起的各自分開的地面。通過采用分離式地面并合理安排多天線之間的相對(duì)位置，可以實(shí)現(xiàn)低互耦。

三、 結(jié)束語

本文首先介紹了有關(guān)移動(dòng)終端中多天線隔離技術(shù)的專利在全球和中國的專利申請(qǐng)情況。其次，梳理了多天線隔離技術(shù)的多種實(shí)現(xiàn)手段。通過上述分析，為本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解和應(yīng)用多天線隔離技術(shù)提供了便利。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李慧，可移動(dòng)終端的多天線系統(tǒng)研究，浙江大學(xué)博士學(xué)位論文，2013.

[2] Stutzman，W.L，G.A.，Thiele.，Antenna Theory and Design [M]，Wiley，New York，1998.

[3] Dossche，S.，Blanch，S.，Romeu，J.，Optimum antenna matching to minimize signal correlation on a two-port antenna diversity system [J]. Electronics Letters，vol.40，no.19，pp.1164-1165，16 Sept.2004.