一种基于电磁波模式变换消除同频干扰的天线及方法与流程

本发明涉及一种同频无线干扰方法，尤其涉及一种基于电磁波模式变换消除同频干扰的天线及方法。

背景技术：

在4g己经商用，5g即将到来的背景下，通信系统对信道容量、误码率、传输速率等都有了更高要求。作为4g/5g的核心技术之一，mimo技术通过在发射端和接收端布置多根天线，可以很好的解决这个问题。在终端设备或者微基站设备小型化趋势下，mimo天线同样面临着小型化趋势。与此同时，而不同国家地区不同运营商通信频段不一致，这也促进mimo天线的宽带化趋势。因此研究和设计具有紧凑结构的宽带mimo天线具有实用价值。

5g移动终端都具备4g、5g、通信的功能，而每一代通信标准使用的频率是不一样的，这就要求在同一个终端中布置多部天线或者布置一部能够工作在多个频点的天线。现在5g手机带有的5g频段有部分频段和4g频段重合，而且同时工作，这就不可避免的带来了同频干扰问题。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于电磁波模式变换消除同频干扰天线及方法，该基于电磁波模式变换消除同频干扰天线可以在不消耗原来的电磁波能量情形下，改变电磁波的极化方向，减少无线间的干扰，同时提高了原有天线的增益。

为了解决上述问题，本发明提供一种基于电磁波模式变换消除同频干扰天线,该基于电磁波模式变换消除同频干扰天线包括并列放置的第一天线和第二天线，在第一天线和第二天线之间设有至少一个将水平极化方向转换为垂直极化方向的模式转换单元，该模式转换单元使透射电磁波电场与入射电磁波电场方向相互正交。

进一步地说，所述模式转换单元改变天线极化方向为90度。

进一步地说，所述模式转换单元包括至少一金属转换本体，该金属转换本体分别设有多个金属带，每条金属带依次同一圆周方向分布于金属转换本体周围，且每条金属带之间及设有间隙。

进一步地说，所述金属转换本体呈矩形时，金属转换本体每个顶点分别设有一条金属带，每条金属带至少分布于矩形金属转换本体的两边。

进一步地说，当所述金属转换本体为两个时，该金属转换本体分布于pcb板不同的两个平行面上，且不同平行面上两金属转换本体和多金属带分别通过pcb板上的金属过孔实现电信号连接。

进一步地说，所述模式转换单元可以采用的分别分布于pcb板上下两层的金属转换本体，每个金属转换本体四个顶点分别设有金属带。

本发明还提供一种基于电磁波模式变换消除同频干扰方法，该基于电磁波模式变换消除同频干扰方法包括，将第一天线的天线极化方向从水平方向转换为与第二天线水平极化相交的垂直方向。

本发明基于电磁波模式变换消除同频干扰无线及方法，其中消除同频干扰无线，包括并列放置的第一天线和第二天线，在第一天线和第二天线之间设有至少一个改变天线极化方向的模式转换单元。使用时，当第一天线辐射的一部分电磁能量通过耦合场传输到模式转换结构，电磁波通过模式转换结构后的极化方式从水平方向扭转为垂直方向。所以第一天线辐射并通过模式转换结构的电磁波电场由水平方向扭转为垂直方向。而第二天线工作于水平极化，此时通过模式转换结构后的电磁波极化方向与第二天线主极化方向相互正交，第二天线接收到来自第一天线辐射的电磁能量有所减小，从而减少4g频段和5g频段同频干扰问题。可以广泛适用于带有5g的uifi、cpe等无线终端产品。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，描述中的附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明基于电磁波模式变换消除同频干扰的天线。

图2是5g移动终端天线布局示意图。

图3是本发明模式转换单元结构示意图。

图4是本发明双层模式转换单元结构示意图。

图5是带有多个模式转换单元的天线布局示意图。

图6是在两个天线之间加载模式转换单元前后隔离度参数示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明的权利要求做进一步的详细说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提出所获得的所有其他实施例，也都属于本发明保护的范围。

需要理解的是，在本发明实施例中描述，所有方向性指示的术语，如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系基于附图所示的方位、位置关系或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述本发明，而不是明示或暗示所指的装置、元件或部件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造，不应理解为对本发明的限制。仅用于解释在附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，当该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也可能随之改变。

此外，本发明中序数词，如“第一”、“第二”等描述仅用于区分目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或隐含指示所指示的技术特征的数量。由此限定“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含和至少一个该技术特征。在本发明描述中，“多个”的含义是至少两个，即两个或两个以上，除非另有明确体的限定外；“至少一个”的含义是一个或一个以及上。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，既可以是部件之间的位置关系相对固定，也可以是部件之间存在物理上固定连接，既可以是可拆卸连接，或成一体结构；既可以是机械连接，也可以是电信号连接；既可以是直接相连，也可以通过中间媒介或部件间接相连；既可以是两个元件内部的连通，也可以是两个元件的相互作用关系，除非说明书另有明确的限定，可作其他理解时不能实现相应的功能或效果外，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明可能涉及的控制器、控制电路是本领域技术人员常规的控制技术或单元，如控制器的控制电路可以由本领域普通的技术人员采用现有，如简单编程即可实现。电源也采用所述属本领域现有技术，并且本发明主要发明技术点在于对机械装置改进，所以本发明不再详细说明具体的电路控制关系和电路连接。

如图1所示，本发明提供一种基于电磁波模式变换消除同频干扰天线及方法实施例。

该基于电磁波模式变换消除同频干扰天线包括并列放置的第一天线和第二天线，在第一线天线和第二天线之间设有至少一个改变天线极化方向的模式转换单元，该模式转换单元使透射电磁波电场与入射电磁波电场方向相互正交。

具体地说，改变天线极化方向的模式转换单元是指将水平极化方向转换为垂直极化方向。所述模式转换单元通常采用在多层pcb板上进行用刻蚀方式形成金属带，该模式转换单元包括呈矩形的金属转换本体，该金属转换本体四个顶点分别设有金属带，每条金属带依次包围在金属转换本体两个边，且每条金属带之间设有间隙。所述模式转换单元改变天线极化方向，如将天线极化转换为90度，使通过模式转换结构后的电磁波极化方向与第二线天线极化方向相互正交与第二线天线正交。

当两个并列放置的线极化天线，其中第一天线激励，第二天线加载50欧姆匹配负载，如图1所示。当第一天线水平极化辐射，耦合场中传输的电磁波也主要以水平极化方式为主。那么第一天线辐射的电磁能量通过耦合场传输被第二天线所接收。由于第二天线极化方式同为水平极化，所以第二天线接收到较多通过耦合场传输的电磁能量。同理，当第二天线激励，而第一天线加载50欧姆匹配负载时，第一天线接收到较多来自第二天线辐射并通过耦合场传输的电磁能量，导致第一天线和第二天线之间存在较耦合影响。当天线阵列中天线同为垂直极化时，可以得到相同的结论。

当两个天线之间加入模式转换结构之后，第一天线辐射的一部分电磁能量通过耦合场传输到模式转换结构，电磁波通过模式转换结构后的极化方式从水平方向扭转为垂直方向。所以第一天线辐射并通过模式转换结构的电磁波电场由水平方向扭转为垂直方向。而第二天线工作于水平极化，此时通过模式转换结构后的电磁波极化方向与第二天线主极化方向相互正交，所以第二天线接收到来自第一天线辐射的电磁能量有所减小，从而减少4g频段和5g频段同频干扰问题。可以广泛适用于带有5g的uifi、cpe等无线终端产品。

如图2所示，以特定的一款5g手机为例，5gmimo天线至少有4根独立5g天线。同时带有4g频段的至少2根天线，还带有gps和wifi双天线。无论如何设置5g天线和4g天线，由于其空间小，距离较近，5g天线和4g天线之间都存在信号相互干扰，而且5g天线带有频段号n1(频率为1920-2170mhz)，频段号n41(频率为2.5-2.7ghz)。4g天线也带有相同频段，且相互独立工作，同频干扰非常严重，几乎无法避免。

如图3所示，以一个模式转换单元为例说明，该模式转换单元采用在pcb板上刻蚀金属转换本体和与金属转换本体连接的并分布于金属转换本体同一方向的金属带，每个金属带沿圆周同一方向周期性排列。

如图4所示，为了进一步拓宽工作带宽，所述模式转换单元可以采用的分别分布于pcb板上下两层的金属转换本体，每个金属转换本体四个顶点分别设有金属带1，每个金属带1沿同一圆周方向周期性排列，且每条金属带之间设有间隙，两个金属转换本体和每条金属带之间通过pcb板上的金属过孔3实现电信号连接。

在邻的4g天线和5g天线之间设置多个所述模式转换单元，如图5所示。将这样的模式转换单元放置于两个紧挨的4g天线和5g天线之间，可以有效的吸收4g天线和5g天线之间的表面波，其原理是：

电磁波照射到模式变换结构表面后，透射电场方向与入射电场方向相差90°，当一个线极化电磁波沿x轴方向照射到透射型极化旋转结构时，其中一个分量上的透射波相位与入射波相位相差180°，另一个正交分量上的透射波与入射波相位同相。根据矢量合成原理，通过模式转换结构的透射电磁波电场与入射电磁波电场方向相互正交，从而实现透射电磁波极化方向旋转。模式变换去耦方法不同于场对消和带阻滤波方法，它并不致力于直接阻断图4g天线中在5g天线上的耦合，而是将耦合到5g天线上的模式变换成该天线工作模式的正交模式，并且该天线无法有效地作用于该正交模式，从而达到增强天线间隔离度的目的。

如图6所示，通过试验，在两个紧挨的4g天线和5g天线之间设置模式转换结构，并对设置模式转换结构前后的同频干扰进行测量。当4g天线和5g天线之间未设模式变换结构时，4g天线和5g天线之间的隔离度只有-5db左右,无法满足要求。

当两个4g天线和5g天线之间加载一个模式转换结构，频率为1920-2170mhz的频段号n1和频率为2.5-2.7ghz的频段号n41天线的隔离度提升到-15左右，有效了满足工程要求，解决了同频干扰问题。

本发明已经结合着仅限定数量的实施例被详细地描述出,可以应用于小型化多天线系统，可以广泛适用于移动终端，如手机，也可以适用于cpe、uifi网卡等产品。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。