提高MIMO系统隔离度的方法

通信的5G时代已经来临，不管对于5G基站，还是5G手机，MIMO必定成为5G的核心组成部分，在不占用更多频谱的情况下，MIMO允许在相同的无线信道上同时发送和接收多个数据，这大大提高了无线数据的信号路径、大大提高了传输速率、大大提高了链路的可靠性。所以，MIMO会随着5G的发展而逐渐普及，甚至更大规模的MIMO会被提出，用户的上网体验会越来越好，MIMO也会助力5G给行业带来更大的冲击和机遇，下面讲述3种常见的提高MIMO隔离度方法。

1.采用地缝结构解耦

在天线单元间的地板上开细缝是一种简单、有效的解耦方法。这种方法主要考虑的问题是:(1)在地板上开细缝的位置: (2)细缝的尺寸: (3)细缝的数量。通过在地板上开一条长度约为天线工作频率二分之一波长的细缝来提高天线单元间的隔离度。如图 1-1(a)所示。从图中可以看出，在地板对称位置上开了两条细缝降低地板表面波和近场的作用，减小互耦的作用，极大的提高了天线单元间的隔离度。在地板上开一条约等于四分之一波长的细缝来提高天线单元的隔离度。但是如果天线工作在很低的频段，细缝的尺寸将变得很长，这不利于应用。研究结果表明，在细缝中加入电容可以有效的减小细缝的长度，如图 1-1 (b) 所示。

通过加入地缝结构，能够有效的提高天线单元间的隔离度，降低相关性。研究结果可知，地缝对于地板表面电流相当于一个在工作频点发生谐振的滤波器，能有效的抑制被激励天线端口的电流流向非激励天线端口。但是在地板上添加地缝结构，不仅会恶化天线的阻抗匹配，还会影响天线的辐射方向图。

2.采用地枝结构解耦

采用地枝结构是实现比较容易，运用非常普遍的有效方法。通过在金属地板上延伸额外的枝节，人为的制造出耦合路 :使之产生的耦合能量与原有的耦合能量大小相等，相位相反相互抵消，从而提高天线单元间的隔离度。这种方法主要考虑的问题有:(1)地枝结构所放的位置;(2) 地枝结构的形状。图 1-2(a)在一副F型MIMO天线的地板对称位置处添加了一个T型结构。通过调节T型枝节的长和宽度，使之能够在工作频点发生谐振，减小天线单元间的互耦，提高隔离度。如图1-2(b)所示,该天线占用50x9x0.8mm的体积，印刷在介电常数为 4.4的FR4质板上。为了减小天线的尺寸和拓展阳抗带宽，采用耦合馈电提供电容改善电感性的天线的阻抗匹配。调节地枝结构的长度让它在 WLAN的双频段发生谐振，使之等效为一个陷波结构遏制天线通过近场辐射到另一个天线端口，提高天线单元间的隔离度。并且研究了地枝结构的形状对提高天线单元间的隔离度的影响，最终获得了在 WLAN 的三个频段天线的隔离度都不低于18dB。

通过采用地枝结构进行解耦的方法有很多设计例子，地枝结构的类型依赖于天线的形式，没有特定的类型能够适应各种形式的天线，设计尚且缺乏一般性。而且地枝还会吸收一定的辐射能量，这有可能降低天线的辐射效率。

3.采用中和线结构解耦

通过在天线单元间连接一条或几条直的或者弯折的微带线进行解耦的方法叫做电流中和解耦法。由于中和线不仅成本比较低、易于实现，而且不会增加天线的尺寸，大量的天线设计者对其进行了研究。采用中和线结构解耦的关键问题是: (1)连接中和线的位置; (2) 中和的尺寸。如图1-3(a)所示在两个工在不同带宽频率的PIFA天线间用一条直的悬置微带线连接起来，整个天线的尺寸为 40x100mm。揭示了中和线结构解耦的原理是中和线从被激励天线单元处摘取一部分的电流，并且将电流返回给非激励天线单元，使之产生与未加中和线前相反的耦合。这样激励天线单元对非激励天线单元的影响可以得到很好的抑制，从而提高天线单元间的隔离度。中和线的长度和宽度以及中和线的连接位置对摘取的电流有着直接的影响。中和线一般只能在单频段或者窄带处实现解耦效果，因为对于不同的工作频点，中和线对应的长度也不一样，这极大的限制了中和线在多频带内的应用。

采用中和线结构解耦的设计方法只需在天线单元间连接微带线，不会占用额外的空间，自从被提出就获得了广泛的实际应用。但是这种方法针对中和线的尺寸和连接位置尚无一个通用的办法，设计者只能使用仿真软件对中和线和天线单元进行调谐、联合优化，这增加了设计的时间和困难。

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