磁摆阵列天线_ACT_MAGNET_ANSA_通信_UM

磁摆阵列天线

相比高频通信，低频电磁场通信允许在有损介质或跨域情况下进行信息交互。极低频（ELF）和超低频（SLF）通信通常由长波无线电台构建，基于旋转永磁天线的机械发射器也常用于该领域。然而，由于Chu极限，便携式和高效的 ELF/SLF 发射器的设计仍然是一个挑战。

旋转永磁体或电偶极子常用于构建SLF/SLF机械天线。圆极化电磁波通常通过电磁电机驱动。与永磁体相比，电偶极子的质量更小，信息加载更容易，但在驻极体中存储高密度静电荷在技术上仍然很困难。所以，当前的SLF/SLF机械天线通常基于永磁体的旋转或摆动。

对于摆动系统，功耗与摆动角度的幅度呈二次方关系

感应的时谐磁场大致与摆动幅度的正弦值成正比

从此意义上讲，通过摆动磁铁产生SLF/ULF磁场能更有效。

上图给出了基于磁摆单元的电磁驱动SLF机械发射机的原型。使用N52的高性能NbFeB永磁体。使用的N52磁体的剩余磁化强度（Br）为1430∼1480 mT，矫顽场（Hc）约为10 kOe。摆动磁体和偏置磁体分别沿径向和厚度方向磁化。考虑周期为T的简谐运动，摆动角ψ（T）的波形上图（i）所示，

运动磁体在自由空间中距离r处产生的磁矢量势可以如下给出，

动态mx和my可以描述如下：

my（t′）基于数值近似方法进一步简化如下：

最后，辐射磁场可以根据下士给出，

磁摆阵列天线

磁摆式阵列（MPA）以提高辐射强度并进一步降低平均功耗。假设MPA的每个单元都是弱耦合且完全独立的，可以在减小的摆动幅度θmax/N下接收相同水平的磁场，从而实现N倍的效率增益。

然而，目前的 MPA 设计基本上是一种密集配置的形式，并且受到单元之间的强耦合的影响，这使其无法在 SLF 频段工作。并且，超低频机械天线很难激发大摆动角，并且通常会执行较差的通信性能。

下图为三种 1-D MPA 的静磁通量密度分布，可以看出在两个天线单元的中心感应出磁绝缘边界（由黑色箭头指向），在这种情况下，摆动磁体的偏置场略微减弱。相对于 1-D 数组，形成一个连续的边界，偏置场被强烈放大。

参考文献

[1] Z. Chu et al., "A Weak-Coupling and Compact Magnetic Pendulum Array Antenna for SLF Communication," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 72, no. 12, pp. 9072-9081, Dec. 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3484653.

来源：微波工程仿真

MIMO天线辐射方向图去耦方法

为了增加信道容量，根据香农定理，阵列天线或者MIMO技术的使用备受关注。无论哪种情况，都需要多个天线元件，导致如今天线元件的数量和天线密度比以往任何时候都高，这使得天线互耦成为阵列设计中的一个严重问题目录辐射方向图去耦方法天线解耦合类型参考文献 *As shown below👇辐射方向图去耦方法几乎所有现有的天线去耦方法都集中在端口隔离上，这样获得的辐射方向图通常会失真。最近，提出了辐射方向图解耦（RPD）方法来保持辐射方向图。常用的方法如下，1、基于共模和差模叠加，可用于1×2 微带天线（MA）阵列。2、电介质谐振器（DR）天线的侧壁上加载去耦柱或共形带线，使得解耦结构将同相场引入相邻的 DR，从而抵消相邻 DR 的场。3、自耦天线元件的端口放置在磁场较弱的地方，证明了1×2 和1×4 MIMO 阵列可以实现方向图解耦。但是，这些方法仅限于 1-D 数组。而在现代通信系统中，经常需要大规模 MIMO 天线系统和大规模阵列。可以使用由寄生端口和电抗负载组成的负载谐振器，但仅限于对2×2 MIMO 天线系统。因此，开发一种 RPD 方法来处理 2-D 数组非常重要。辐射方向图解耦原理在设计二维阵列时，需要同时抑制 E 平面和 H 平面耦合，因为耦合通常会影响每个天线元件的辐射方向图，导致每个元件的主波束偏离其原始方向。众所周知，所有天线都可以由一组赫兹偶极子建模。因此，任意两个相邻天线的耦合情况可以简化为两个耦合的偶极子。下图显示了 E 平面和 H 平面1×2 赫兹偶极子天线阵列。天线 1 被激励，天线 2 被耦合。在图中，偶极子 1 被激发，其磁场与偶极子 2 耦合。为了获得 RPD 特性，偶极子天线的最大辐射方向应沿+y轴。图（c）显示了两个赫兹偶极子源的位置。当源 1 被激发并表示为参考点时，它在远处的场振幅由E0给出。源 2 与源 1 相距 d，然后与振幅衰减 a 耦合（假设0≤a<1 ）和相位延迟δ ，因此双偶极子源模型的总场可以由下式给出由上式可知，a=0 或者当a>0，相位延迟为0时意味着没有耦合电场，从而产生 RPD 效应。天线解耦合类型根据去耦结构的尺寸，天线去耦技术大致可分为四类。第1类3-D 去耦结构可用于限制或引导自由空间中的电磁波。这种方法使用超态、介电块、导体壁和超材料。第2类2-D去耦结构通常使用超表面、电磁带隙结构、极化转换隔离器、寄生单元和缺陷接地结构抑制增强相互耦合的电流。第3类是基于电路的解耦方法在这种方法中，中和线或基于传输线的去耦网络用于消除天线端口之间的耦合。第4类自耦结方法它通过将天线馈电定位在其他元件的磁场较弱的位置来避免使用去耦结构。参考文献 [1] G. -Y. Liu, N. Yang, K. Wa Leung and K. Man Luk, "A Full Design Perspective of Port Decoupling for MIMO Antennas: Preservation of Radiation Pattern," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 72, no. 12, pp. 9164-9176, Dec. 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3484680.来源：微波工程仿真