[发明专利]用于无线通信的解耦天线

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于无线通信的天线，并且更具体地，涉及多天线装置和系统中的天线之间的隔离的改进。

背景技术

近年来，作为对多频天线结构的日益增长的需求，在天线领域已经进行了密集的研究努力，多频天线结构例如是MIMO(多输入多输出)天线和分集天线系统，其可以容易地集成在紧凑尺寸的通信装置中用于无线通信。

已知的是，多个天线在紧凑尺寸的结构中的集成在天线电路设计中提出了若干挑战，这是由于每个天线元件需要在感兴趣的频带内提供良好的性能，同时具有与其他天线元件的减少的电磁耦合。当在感兴趣的频率下谐振时，每个天线元件引发围绕其自身的电磁谐振场，其可能干扰由位于附近的其他天线元件产生的谐振场。另外，可能在由多个天线共享的接地平面中感应电流分布，特别是围绕天线的馈电点，这也减少了天线到天线间隔。

已经提出了若干方法，以减少集成在相同的多天线装置中的天线之间的电磁耦合。

公知的是，两个天线之间的电磁耦合随着它们之间的间隔距离增加而减小。图1示出了常规天线系统100，其具有已知的单极型的两个平行的天线元件110和120，其在共用接地平面130上以间隔距离d布置。单极天线110和120安装在塑料160和170上。天线元件110和120中的每一个具有其自己的馈电点140和150，用于从和/或向相应的信号馈线(未示出)接收和/或发送通信信号。

对于作为频率的函数的每个天线的端口到端口隔离参数S21、S12的分析，提供了在一个天线处接收的功率相对于输入到另一个天线的功率的指示，并且从而提供了对天线到天线隔离。作为示例，图2示出了在若干间隔距离dy处且对于0.5GHz到1.0GHz的频率范围针对天线结构100获得的隔离参数S21特性的模拟结果。如图2所示，隔离参数S21随着单极之间的间隔距离d的增加而减小。在dy＝40mm的间隔距离处，隔离参数S21在0.80GHz至0.84GHz的频率范围内达到大约﹣6dB的值。在更大的间隔距离处，对于0.5GHz和1.0GHz之间的所有频率获得小于﹣6dB的隔离值S21。与此相比，在30mm、20mm和10mm的间隔距离处，在相同的频率范围内，隔离参数S21的值远高于﹣6dB。因此，取决于施加在多天线结构上的尺寸限制和用于通信的期望的频率范围，天线元件之间的间隔间隙的最大化可能不足以在感兴趣的频率范围中实现期望的天线到天线隔离。

图3示出了另一常规天线系统300，其具有共享共用接地平面330的单极天线310和倒L天线320。单极天线310和倒L天线320安装在塑料360和370上。单极天线310直接连接到馈电点340。倒L天线320连接到馈电元件350，其包括并联电感器(未示出)以提供良好的天线匹配并且改进天线到天线隔离。

图4绘示了对于40mm的天线之间的间隔和0.5GHz和1.0GHz之间的频率的与理想并联电感器匹配的单极天线310和倒L天线320之间的隔离参数S21和S12的模拟特性。还分别示出了单极天线310和倒L天线320的回波损耗参数S11和S22的模拟特性。如图4所示，隔离参数S12和S21在0.8GHz下到达大约﹣6.5dB的值。此外，对于0.789GHz和0.817GHz之间的频率，获得具有小于﹣5dB的回波损耗参数S22的频带，其对应于大约29MHz的带宽。在该频率范围内，回波损耗参数为大约﹣6.5dB。其与常规单极天线系统100的﹣6dB非常接近。此外，常规天线系统300在隔离参数S12和S21中的一些改进部分是由于天线系统300的差的回波损耗参数S11。因此，天线系统300可以用于改进天线到天线隔离。

已经提出了基于隔离元件的添加的其他技术。例如，美国专利No.7,525,502B2描述了一种方法，用于改进电子通信装置中的主天线(例如，GSM天线)和另一天线(例如，WLAN天线)之间的隔离，这是通过提供放置于两个天线之间的浮动寄生元件，从而在接地平面中提供与这两个天线之间的电磁耦合电流的隔离。两个天线连接到接地平面，而寄生元件是浮动的，并且与接地平面电隔离。为了改进感兴趣的频率范围中的隔离，即在1900MHz频带中，已知的方法要求浮动寄生元件的长度是感兴趣的频率的半波长。这意味着使用至少15cm长的浮动寄生元件以用于1GHz下的通信。因此，该技术损害了多天线结构的小型化，至少是对于旨在低于1GHz的频率下操作的多天线结构。

因此，需要一个替代的多天线结构，其具有改进的天线到天线隔离，同时在感兴趣的频带内提供良好的性能，且其与无线通信装置的小型化的需求相兼容。

发明内容