专利名称：一种提高用户设备多频段双天线隔离度的方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种提高用户设备多频段双天线隔离度的方法。
背景技术：
为了更有效地利用现有频谱资源，并促进LTE(Long Term Evolution，长期演进系统)逐渐商用，多模多连接移动终端(Mult1-mode Mult1-link UE，简称为M3L-UE)已受到人们的日益重视。比如SGPPGlrdGeneration Participation Plan,第三代合作伙伴计划)已经在新版本定义Type A和Type B终端为M3L-UE。由于M3L-UE是一个多无线链路同时激活的智能移动终端，因此，将面临大量的软、硬件技术和产品化实现问题。而在M3L-UE众多硬件技术问题中，射频互干扰问题是其中最亟待解决的基础关键技术问题之一。原因在于，M3L-UE是一个小型化设备，M3L-UE的多个天线距离很近，天线间的电磁互耦很强，从而导致M3L-UE各无线电模块之间存在较强的互干扰。射频互干扰问题会导致M3L-UE频谱资源的分配、物理层链路指标分配与协调、底层信令交互设计与管理等一系列基础性软硬件技术问题，也导致M3L-UE用户电磁场健康安全性问题，还会导致用户体验评价问题。互干扰问题如果在M3L-UE起步时没有得到充分克服，将会严重影响M3L-UE的正常工作。综上所述，M3L-UE天线间的强电磁互耦是产生M3L-UE互干扰问题的重要原因。因此，如何有效降低M3L-UE天线间的强电磁互耦，或者说，如何有效提高M3L-UE天线间的隔离度，是现有技术中一个急需解决的技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种提高用户设备多频段双天线隔离度的方法，能够有效提高M3L-UE天线间隔离度。为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高用户设备多频段双天线隔离度的方法，建立针对用户设备(UE)多天线端口微波网络的目标导纳矩阵Yt ；根据UE多天线系统结构，得到其微波网络导纳矩阵Ya ；计算并确定并联微波网络导纳矩阵Yb ；根据所述并联导纳矩阵YB，得到集中电路。进一步地，所述UE多天线端口包括多模多连接UE (M3L-UE)的多天线端口。进一步地，所述M3L-UE微波网络的目标导纳矩阵Yt的参数为GSM/DCS/UMTS频段内的已知反射系数和已知传输系数。进一步地，基于M3L-UE天线系统结构，通过电磁测量或者仿真得到所述微波网络导纳矩阵\。进一步地，所述确定并联导纳矩阵模型Yb的过程，具体包括:根据Yt = YA+YB，计算得到所述并联导纳矩阵模型YB。
进一步地，根据所述并联导纳矩阵YB，得到集中电路的过程，具体包括:将所述并联导纳矩阵Yb转化为散射参数矩阵SB，根据散射参数矩阵Sb的反射和传输特性，选择无源无耗集中电路拓扑和表征参数。进一步地，所述无源无耗集中电路包括:移相器、谐振电路和衰减器；其中，所述谐振电路具体包括:第一电感和第一电容并联组成的第一并联电路，第二电感和第二电容并联组成的第二并联电路，以及所述第一并联电路和第二电路之间的由第二电感和第二电容串联组成的串联支路。本发明针对目前业界缺乏有效、低成本的提高M3L-UE天线间隔离度的解决方案这一现状，提出了一种适用于提高M3L-UE天线间隔离度通用方法，即:基于由M3L-UE多天线构成的已知微波网路参数和给定的M3L-UE天线系统目标微波网路参数指标,建立针对该M3L-UE多天线端口的导纳矩阵模型\，并突破现有多天线单频段耦合对消电路设计思路，提出了采用全频段180度反相无源对消方法，得到满足能M3L-UE天线间隔离度和带内反射特性指标Yt的导纳矩阵YB，构建提高M3L-UE天线间隔离度通用方法，从而在三个频段上同时有效地提高了 UE多频段双天线隔离度；其次，结合了一种M3L-UE典型结构，提出了一种超薄性M3L-UE天线新结构，验证了所述设计方法的可实现性，该天线既能工作在现有M3L-UE核心频段、有效辐射电磁波，又能有效提高M3L-UE天线间隔离度，从而验证了设计方法的有效性；同时，该方法具有简单、通用和低成本制造的优点。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:图1为坐标定义示意图；图2为本发明实施例的一种长方体2模型的三维结构图；图3a为天线导体辐射元al的三维结构图；图3b为天线介质元a2的三维结构图；图4a为天线导体馈电元all的三维结构图；图4b为天线导体馈电元all的xoy平面结构图；图4c为天线导体馈电元all的yoz平面结构图；图5a为导体辐射元al2的三维结构图(顶层);图5b为导体辐射元al2的三维结构图(低层)；图5c为导体辐射元al2的三维结构图(侧面)；图6a为本发明应用示例的长方体2模型数据；图6b为导体辐射元al2的平面结构实施例数据(顶层)；图6c为导体辐射元al2的平面结构实施例数据(低层)；图6d为导体辐射元al2的平面结构实施例数据(侧面)；图7为天线端口 I (实线)和端口 2 (虚线)反射系数数据；图8为天线端口 I和端口 2激励相位差为O度，90度，180度时的增益方向图数据；图9为级联导纳矩阵模型Yb的示意图10为导纳矩阵Yt对应的Sll和S21曲线图；图11为导纳矩阵Yb对应的Sll和S21曲线图；图12为导纳矩阵Yb对应的电路图。
具体实施例方式本实施方式提出一种提高用户设备多频段双天线隔离度的方法，具体采用如下技术方案:步骤1.建立M3L-UE多天线微波网络导纳矩阵模型Ya1.1构建M3L-UE天线结构。本实施方式的M3L-UE天线结构模型如图2所示，由天线体a和主板b两部分组成，其中，天线体a和主板b均为上下两层的长方体结构，天线体a位于主板b顶部一侧，同时天线体a底层平面与主板b顶层平面在同一平面。1.2所述天线体a如图3所示，由导体元al和介质元a2组成,其中，导体元al包括导体馈电元all和导体福射元al2,导体元al紧贴在介质元a2外表面。1.3所述导体馈电元all由位于天线体a底层(xy平面)的三条矩形金属带线(lbl, lb2, lb3)和一条与位于yz平面的弯曲(xz平面)金属片(tbl)组成,其中，金属带线Ibl的一端pi和金属带线lb3的一端p2点分别与所述主板b顶层的金属接地层构成天线体a的两个馈电端口。导体馈电元的功能是实现电磁功率的分配或者合并以及实现天线与收发信机的阻抗匹配。1.4所述导体辐射元al2由位于天线体a的顶层、底层以及侧面三个部分组成，其中，底层部分(xy平面)由一“U”形金属带线Ul组成；顶层部分(xy平面)由另一“U”形金属带线U2和三条金属带线(ltl, lt2, lt3)组成；侧面部分的三条金属带线(lcl, lc2,lc3)位于介质元a2左侧外表面并与Ul和U2电气连接；侧面部分的金属带线Lfl位于介质元a2右侧及其前侧的外表面，Lfl，lt3通过金属片(tbl)电气连接到端口 p2。导体辐射元al2的功能是实现电磁功率辐射或接收。1.5所述介质元a2如图3b所示,是一相对介电常数为er3、长/宽/高分别为xa2/ya2/za2的长方体，其功能是支撑导体元al并使其小型化。1.6主板b由主板导体bl、主板介质b2和主板USB导体b3三部分组成。1.7验证M3L-UE天线网路参数。基于上述场景和表征参数(结构、尺寸、材质、空间相对位置)，经过电磁计算或者实验测试，即可得到M3L-UE天线的导纳矩阵模型Ya，进一步又包括如下步骤:1.7.1验证所述M3L-UE多天线模型在自由空间中的电性能，包括M3L-UE天线的输入反射系数、耦合系数、增益方向图参数；通过上述步骤，实现了 M3L-UE多天线的设计。步骤2.建立M3L-UE天线系统目标微波网路Y参数指标。步骤3.处理并得到基于上述端口的并联导纳矩阵模型YB，该步骤具体包括如下步骤:3.1将M3L-UE天线系统视为二端口微波网络Ya，如图9所示，将2个定向耦合器、I个可变移相器和Ya级联，得到级联导纳矩阵模型Yb ；
3.2将二端口微波网络Ya与导纳矩阵模型Yb并联；3.3确定导纳矩阵模型YB，包括如下步骤:3.3.1设置步骤3.1中两个定向耦合器耦合量为C = _3dB，设置可变移相器相移量为Φ = 180度；3.3.2减小耦合量C和相移量Φ，直到Yt (Yt = YA+YB)矩阵的反射系数和隔离度满足指标要求；3.3.3保存丫:。步骤4.抽取并联导纳矩阵信息，得到具有该天线结构的集中电路参数，具体包括如下步骤:4.1将导纳矩阵Yt转化为散射参数矩阵St，根据St传输特性，选择无源无耗电路结构参数；4.2采用相应的电路综合方法抽取网路参数的集中电路等效表示；4.3将所得集中电路并联在M3L-UE天线的端口。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。本实施例中，基于一种用于M3L-UE天线SAR具体设计对本发明方案的实施作具体描述。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。Al.建立M3L-UE多天线微波网络导纳矩阵模型Ya:Al.1构建M3L-UE低SAR天线结构。M3L_UE(含天线)互联结构模型的详细结构如图6所示。该互联结构模型由天线体 a (19.5mmX 8.9mmX 1.62mm)和主板 b (69.5mmX 8.9mmX 1mm)两部分组成，其中，天线体a和主板b均为上下两层的长方体结构，并且天线体a位于主板b顶部一侧，同时天线体a底层与主板b顶层在同一平面。Al.2所述天线体a如图3所示，由导体元al和介质元a2组成，其中，导体辐射元al紧贴在介质元a2外表面。Al.3所述导体福射元al如图3a所示，由导体馈电元all和导体福射元al2组成，并且all和al2呈电气连接状态。Al.4所述导体馈电元all的三维结构如图4所示，由位于天线体a底层(xy平面)的三条矩形金属带线 Ibl (2.0mmX 1.0mm)、lb2 (17.0mmX 1.0mm)、lb3 (2.0mmX 3.0mm)和一条弯曲金属带线tbl (0.5mmX 0.8mm)组成,其中，tbl位于平行yz平面的平面并在平行xz平面的平面内弯曲，tbl几何结构和尺寸如图4c所示。Al.5所述导体辐射元al2的三维结构如图5所示，由顶层、底层以及侧面三部分金属带线组成。其中，底层部分(xy平面)由一个“U”金属带线Ul组成，Ul的几何结构和尺寸如5b、图6c所示；顶层部分(xy平面)由另一个“U”金属带线U2、金属带线ltl (llmmX Imm)和金属带lt2 (5mmX lmm)组成,其中,U2的几何结构和尺寸如5a和图6b所示；侧面金属带线 Icl (1.BmmX0.65mm)、lc2 (1.6mmX 1.mm)和 lc3 (1.6mmX 1.mm)位于介质兀 a2 左侧外表面，电气连接Ul和U2 ;Lfl由在介质元a2右侧和前侧的外表面弯曲(xz平面)的金属片组成，其几何结构和尺寸如图5a、6d所示。113 (2.3mmX6.5mm)以及金属片tbl在主板b顶层电气连接。导体辐射元al2的功能是实现电磁功率辐射或接收。所述金属带厚度为0.2mm。Al.6所述介质元a2如图3b所示，是一长、宽、高分别为19.8mm、8.9mm和1.6mm的
长方体，它的相对介电常数为er3 = 4.5。其功能是支撑天线导体辐射单元al并使之小型化。Al.7主板b由主板导体bl (43.3_X 22_X Imm)、主板介质b2(12.8mmX20.7mmX lmm)和主板 USB 导体接口 b3 (12.8mmX15.5mmX lmm)三部分组成。进一步地,上述步骤M3L-UE天线参数验证,还包括:Al.7.1验证所述M3L-UE天线在自由空间中的输入反射系数如附图7所示、增益方向图参数如附图8所示。A2.建立M3L-UE天线系统目标微波网路参数指标:确定在GSM/DCS/UMTS频段内，天线反射系数小于_10dB，隔离度大于15dB。A3.处理并得到基于上述端口的并联导纳矩阵模型YB，包括如下步骤:A3.1将M3L-UE天线系统视为二端口微波网络\，如图9所示，将2个衰减器、I个可变移相器和Ya级联，得到级联导纳矩阵模型YB。A3.2将二端口微波网络Ya与导纳矩阵模型Yb并联；A3.3确定导纳矩阵模型YB，包括如下步骤:A3.3.1设置步骤3.1中两个定向衰减器衰减量为C = OdB，设置可变移相器相移量为Φ = 180度；A3.3.2增大衰减器衰减量C = 3.2dB和相移量Φ = 181度，直到Y1 (Y1 = YA+YB)矩阵的反射系数和隔离度满足指标要求，如图10所示。A3.3.3 查看 Yb 保存 Yt。A4.抽取并联导纳矩阵信息，得到具有特定结构的集中电路参数，包括如下步骤:A4.1将导纳矩阵Yt转化为散射参数矩阵ST，如图11所示。图11表明，St具有双频段带通滤波传输特性，选择可无源无耗带通滤波器电路结构参数；A4.2采用带通滤波器电路综合方法抽取网路参数的等效集中电路，包括:将所述并联导纳矩阵Yb转化为散射参数矩阵Sb，根据散射参数矩阵Sb的反射和传输特性，选择无源无耗集中电路拓扑和表征参数。该等效集中电路如图12所示，主要包括:移相器、谐振电路和衰减器。其中，所述谐振电路具体包括:第一电感和第一电容并联组成的第一并联电路，第二电感和第二电容并联组成的第二并联电路，以及所述第一并联电路和第二电路之间的由第二电感和第二电容串联组成的串联支路。A4.3将所得集中电路并联在M3L-UE天线的端口。综上所述，采用本发明方法，可以提高GSM/DCS/UMTS UE三频段双天线的隔离度。同时，本发明方法具有环境要求低、精度适中、简便易行的优点。以上仅为本发明的优选实施案例而已，并不用于限制本发明，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
权利要求
1.一种提高用户设备多频段双天线隔离度的方法，其特征在于， 建立针对用户设备(UE)多天线端口微波网络的目标导纳矩阵Yt; 根据UE多天线系统结构，得到其微波网络导纳矩阵Ya ； 计算并确定并联微波网络导纳矩阵Yb ; 根据所述并联导纳矩阵Yb，得到集中电路。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述UE多天线端口包括多模多连接UE (M3L-UE)的多天线端口。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于， 所述M3L-UE微波网络的目标导纳矩阵Yt的参数为GSM/DCS/UMTS频段内的已知反射系数和已知传输系数。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于， 基于M3L-UE天线系统结构，通过电磁测量或者仿真得到所述微波网络导纳矩阵\。
5.按权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于， 所述确定并联导纳矩阵模型Yb的过程，具体包括: 根据Yt = YA+YB，计算得到所述并联导纳矩阵模型YB。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于， 根据所述并联导纳矩阵Yb，得到集中电路的过程，具体包括: 将所述并联导纳矩阵Yb转化为散射参数矩阵SB，根据散射参数矩阵Sb的反射和传输特性，选择无源无耗集中电路拓扑和表征参数。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于， 所述无源无耗集中电路包括:移相器、谐振电路和衰减器； 其中，所述谐振电路具体包括:第一电感和第一电容并联组成的第一并联电路，第二电感和第二电容并联组成的第二并联电路，以及所述第一并联电路和第二电路之间的由第三电感和第三电容串联组成的串联支路。
全文摘要
本发明公开了一种提高用户设备多频段双天线隔离度的方法，其包括建立针对UE多天线端口微波网络的目标导纳矩阵YT；根据UE多天线系统结构，得到其微波网络导纳矩阵YA；计算并确定并联微波网络导纳矩阵YB；根据并联导纳矩阵YB，得到集中电路。本发明基于由M3L-UE多天线构成的已知微波网路参数建立针对该M3L-UE多天线端口的导纳矩阵模型YA，结合给定的M3L-UE天线系统目标微波网路参数指标，得到满足能M3L-UE天线间隔离度和带内反射特性指标YT的导纳矩阵YB，构建了提高M3L-UE天线间隔离度通用方法，从而在三个频段上同时有效地提高了UE多频段双天线隔离度。
文档编号H01Q1/52GK103094687SQ201110350458
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者李嵘, 江华, 张军, 彭宏利 申请人:中兴通讯股份有限公司