專欄文章

基站端與終端之資料串流數相較於4G呈倍數增加，目前5G終端裝置會以2T4R傳輸鏈路做配置，亦即在有限空間下須放置更多天線，因此，天線間隔離度表現如何影響天線分集效能，可透過理論計算加以分析評估。

天線分集(Antenna Diversity)技術早期應用於行動通訊系統，其目的為用來降低資料傳輸位元錯誤率(Bit Error Rate, BER)，透過多天線同時接收以提升傳輸穩定性。因訊號從發射端透過空氣傳播至接收端，易遭受環境與建物影響產生反射(Reflection)、散射(Scattering)或繞射(Diffraction)等現象，使得訊號同時有直視路徑與多重反射路徑到達接收端，造成接收端的訊號存在建設性加乘和破壞性相消效果。因此，當接收訊號的振幅大小與相位產生變化，易導致訊號失真及判讀正確性低等問題，上述之現象稱為多重路徑衰落(Multi-path Fading)。倘若使用兩根天線並透過空間分開配置，讓兩根天線同時收到相同的資料，即有機會彌補另一根天線實收訊號之掉包率，最後再透過訊號處理方式解出原始訊號。

隨著通訊系統演進，提升傳輸速率已變成是新世代通訊技術差異化指標，天線分集技術漸漸演變成傳輸不同資料流之多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)天線系統，藉由多個通道來提高訊號傳輸吞吐量。然而，若採用空間分集來創造多樣化的傳播通道，往往需要透過距離來創造路徑上之差異。在終端裝置乃至於基站端之天線仍有無法騰出此空間之缺憾，常見的作法會以極化分集的方式來實現獨立資料流傳輸效果。

目前用來評估分集效能之關鍵指標為封包相關係數(Envelope Correlation Coefficient, ECC )，在理論分析上可從天線S參數與遠場觀點來評估。如公式(1)為透過天線S參數來進行ECC數值計算，可以發現公式(1)之分母項表示輻射功率，分子項為天線間交互作用耦合能量。因此，若可以有效提升天線隔離度(S21、S12項次)，則ECC會有較佳的表現。

圖1為文獻上分析兩個同極化之T型耦合饋入單極天線ECC效能，兩個天線擺放間距為操作頻率的二分之一波長，並在兩者共接地面上開設四分之一波長的槽縫，藉此優化電流路徑抵銷效果，達到降低天線間耦合干擾之功效。圖2為天線輻射效率與ECC分析結果，相較於原始設計，若在接地面上開設槽縫，其天線隔離度改善約20dB，而ECC從原本約0.45降至約0.25，整體ECC表現更佳。

圖一、原始單極天線與添加槽縫之單極天線實體外觀

圖二、兩種天線型式之輻射效率與ECC數值比較

參考資料

[1] S.-L. Zuo, Y.-Z. Yin, W.-J. Wu, Z.-Y. Zhang, and J. Ma” INVESTIGATIONS OF REDUCTION OF MUTUAL COUPLING BETWEEN TWO PLANAR MONOPOLES USING TWO λ/4 SLOTS”, Progress In Electromagnetics Research Letters, 2010.