移动终端中多天线隔离技术的专利分析

巫吟荷

【摘要】 随着LTE和4G系统发展的需要，移动终端需要配置多个可独立工作的天线。如何减小移动终端中多个天线之间的耦合，提高天线单元之间的隔离度成为MIMO天线设计的难点和重点。

本文通过对移动终端中多天线隔离技术在国际、国内的专利申请情况以及对多天线隔离技术发展的主要分支进行分析，对于本领域技术人员理解和应用该项技术具有重要意义。

【关键字】 多天线 隔离 MIMO 去耦 移动终端

一、引言

多输入多输出技术（MIMO）天线系统在发射端和接收端都使用了多副天线，它在原有的时分复用和频分复用的基础上，增加了一个空间维度，实现大幅度提升信道容量、通信品质和传输速率的目的[1]。

多输入多输出技术被广泛地认为是LTE和4G系统的核心技术之一。多天线系统中引起互耦的主要因素是地板表面波和空间波。面对如何解决多天线单元之间的隔离问题，国内外学者进行了各种深入研究。

二、多天线隔离技术专利分析

2.1 多天线隔离技术的发展

截止到2015年5月，利用专业的检索工具检索后发现，就多天线隔离技术的全球专利申请量而言，2010年以后，申请量迅速增长，其中2012年、2013年达到了较大的申请量；就我国的专利申请量而言，也是在2010年以后，申请量迅速增长，到2013年申请量达到最大。

可见，为了适应LTE和4G无线通信系统的发展，满足多功能智能移动终端的小型化和薄型化的需求，国内外技术人员做出了较大的努力。通过对比国内申请量与全球申请量可以看出，早期申请中国外的申请占据的比例较大，国内在多天线隔离技术的研究上处于起步阶段。

从申请机构的类型来看，国内公司申请、高校申请各占据了37.6%，国外公司申请占据了24.7%。公司的申请量和高校的申请量相当，说明企业在通讯技术领域的创新和研发中起着很重要的作用，而高校在多天线隔离技术的研究上也占据了主要的地位。

可见，由于新一代移动通信技术的大力发展，移动终端中多天线隔离技术的研究无论对于企业还是高校都已成为了研究的重点和热点。

2.2 多天线隔离技术发展的主要分支

通过对多天线隔离技术专利的分析，可以得出为了提高多天线之间的隔离度，主要有以下几种方式：

第一，基于解耦网络去耦。早在1976年，学者Andersen提出利用内置解耦网络减小MIMO天线单元间的互耦。但这种方法会增加天线的设计难度和重量，影响MIMO系统的大小，且该种方法只适用于窄带的MIMO天线。

第二，基于中和线技术去耦。利用 “中和线”将两天线相连，是一种引入电耦合的方法。通过选择合适的“中和线”长度、形状及合适的连接位置，能够起到一定去耦的效果。

第三，基于EBG地板去耦。EBG结构是一种具有高阻抗及带阻等特性的周期性结构，其可起到抑制表面波的作用，可用于多天线之间的去耦问题。但是其结构复杂，制作成本较高，大大限制了应用范围。

第四，基于特殊地平面去耦。特殊地平面结构可以是缺陷地结构、或者是在地板上设置枝节。该法可改变地电流的分布，设计灵活，可根据具体天线的安装环境来优化设计缺陷地结构的形状。

第五，基于寄生辐射单元去耦。寄生单元减小天线单元间互耦的原理：通过抵消受激励天线单元与寄生单元之间产生的耦合电流，以及寄生单元与非激励天线之间产生的耦合电流，实现提高天线单元间隔离度的目的。

第六，基于分离式地面去耦。分离式地面是指在同一块介质基板上的多个天线之间具有不是物理连接在一起的各自分开的地面。通过采用分离式地面并合理安排多天线之间的相对位置，可以实现低互耦。

三、 结束语

本文首先介绍了有关移动终端中多天线隔离技术的专利在全球和中国的专利申请情况。其次，梳理了多天线隔离技术的多种实现手段。通过上述分析，为本领域技术人员更好地理解和应用多天线隔离技术提供了便利。

参 考 文 献

[1] 李慧，可移动终端的多天线系统研究，浙江大学博士学位论文，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.