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倒 F 天线 (IFA)组成的MIMO解耦技术

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MIMO 技术已成为当今无线通信中的重要解决方案。对于移动终端中的多天线系统,倒 F 天线 (IFA) 是一个有竞争力的选择,因为它剖面低、尺寸小、设计简单且有许多的多频段设计方法。然而,由于移动终端中的空间有限,以及不同通信系统需要多根天线共存,天线之间的严重互耦合和高空间相关性将削弱天线系统对信道容量和分集增益的优势。此外,由于耦合天线充当耗散能量的负载,强耦合还会降低天线系统的总效率。因此,IFA-MIMO的解耦合技术意义重大。

目录



   
  • IFA 及其与 E-Field 的耦合分析    
  • 常用的IFA-MIMO解耦合技术    
  • 参考文献    
 
 

 



*

As shown below👇

IFA 及其与 E-Field 的耦合

常见的IFA 由一个平行于接地的单极子和一个短路引脚组成。


下图为一个双短路引脚的IFA的仿真的表面电流分布。可以看到 IFA 可以近似地视为总有效电流密度J 沿着z 轴,该轴垂直于地板。

某个n阶模式和电流源之间的耦合通常可以表示为

从中可以看出,当电场En为0或者En与J正交的时候,电流源可以与其附近的某个电场模式解耦。

分布在接地上的电场也垂直于地边缘,因此IFA的总电流密度J不会与接地的电场正交。这意味着IFA必须放置在接地平面边的E场的零点中才有机会达成解耦条件。



常用的IFA-MIMO解耦合技术

IFA-MIMO的解耦合技术与其他MIMO的解耦合技术共同常用的有,

1、缺陷接地结构 (DGS), 

2、简单的接地面修改,

3、互补曲折线槽,

4、并联耦合线谐振器 ,

5、极化转换隔离器,

6、合并电磁带隙 (EBG) 结构

7、引入电容电感元件,等等

其中大致可以分为三类:1、引入额外的解耦合结构,2、自解耦,3、其他。

然而,由于终端种的MIMO系统空间限制,IFA-MIMO常用自解耦技术。有自解耦能力的天线元件更具吸引力,需求也更高。常用的方法如下:

1、自固化解耦技术,在天线元件上增加电容负载,以减少两个天线之间的相互耦合。

2、基于模式分集的方法对不同类型的单极天线进行去耦。

3、研究接地平面的高阶模式,对两个天线进行去耦。

4、基于弱场的自解耦,通过调整馈电结构的几何参数,由馈电结构和贴片激发的两个磁场将相互抵消,并在接地平面上形成弱场区域。然后,在弱场区域布置相邻天线单元时,可以实现天线单元之间的弱电磁干扰。



参考文献



   

[1] D. Zhang, Y. Chen, and S. Yang, “A Self-Decoupling Method for Antenna Arrays Using High-Order Characteristic Modes,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 70, no. 4, pp. 2760–2769, Apr. 2022, doi: 10.1109/TAP.2021.3125388.

[2] H. Lin, Q. Chen, Y. Ji, X. Yang, J. Wang, and L. Ge, “Weak-Field-Based Self-Decoupling Patch Antennas,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 68, no. 6, pp. 4208–4217, Jun. 2020, doi: 10.1109/TAP.2020.2970109.

[3] X. Zhao, S. P. Yeo, and L. C. Ong, “Decoupling of Inverted-F Antennas With High-Order Modes of Ground Plane for 5G Mobile MIMO Platform,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 66, no. 9, pp. 4485–4495, Sep. 2018, doi: 10.1109/TAP.2018.2851381.


       



来源:微波工程仿真
ACTANSA通信电场
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首次发布时间:2025-07-12
最近编辑:1天前
周末--电磁仿真
博士 微波电磁波
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降低天线相互耦合的方法--软表面(Soft Surfaces)

随着天线朝向多制式、多频段和大规模部署的方向演进,天线之间出现的多样耦合干扰已对通信系统性能造成严重影响。电磁软表面(Soft Surfaces)是超材料的一种,具有反射相位带隙特性和表面波带隙特性。这种材料在微波领域有着潜在的研究意义和应用价值,例如用于贴片天线间的去耦等。目录 软表面和硬表面 软/硬表面和其他复杂表面 参考文献 *As shown below👇软表面和硬表面软表面:在电磁学领域,软表面是指能够阻止沿特定方向传播的电磁波的表面。这种表面通常具有类似于电磁带隙结构(EBG)的特性。对特定极化的电磁波呈现高阻抗边界条件,从而抑制其传播。软表面可以通过横向波槽等结构来实现,当波纹高度为四分之一波长时,口径处的短路面变为开路面,表面阻抗沿传播方向为无穷大,从而阻止沿此方向传输的所有波。硬表面:与软表面相反,硬表面允许沿特定方向(如波纹方向)的电磁波传播。硬表面可以通过在纵向波纹中填充介质材料来实现,当介质高度适当时,可以支持电磁波的传播。在电磁学应用中,硬表面通常用于需要强辐射的场合。Kildal在 1980 年代末定义了软表面和硬表面。软表面具有消除平面中一个方向上表面波传播的能力,而硬表面用于增强电磁场在给定方向上的传播。自从从经典波纹衍生出平面版本以来,软表面可用于减少天线之间的相互耦合 、消除背向辐射、增加天线的增益,甚至定制微带贴片天线的辐射方向图。波纹表面可以被认为是一种典型的人工表面,自 60 年代以来一直使用,主要用于设计具有低交叉极化和旋转对称波束的喇叭天线。在将衍射理论应用于横向波纹表面的边缘时,发现将二元边缘衍射系数修改为两种极化的独特标量“软”衍射系数就足以预测 E 和 H 平面上的场。因此,横向波纹表面在阻带中的行为方式与声学中的软表面相同。人工磁导体、软/硬表面和其他复杂表面上表说明了一些二维周期性表面和软/硬表面之间的关系,介绍了四种类型的曲面。1、完美电导体(PEC):该表面在EM社区是众所周知的。由于在分析引导或辐射特性时能很好地描述金属导体,因此被用于大多数EM建模和计算。2、完美磁导体(PMC):这个表面不是自然存在的,但它可以在频带内人工实现,被称为人工磁导体(AMC)。3、PEC/PMC条形网格:这是理想软/硬表面的物理等效。表面具有局部无限和单向的电导率和磁导率,即电流和磁流只能沿同一方向流动。PEC/PMC条形栅格可以具有任何形状。这意味着电流的方向(即PEC/PMC条的方向)可以沿着表面变化(例如,天线元件周围的圆形PEC/PMC带环),并且表面本身可以具有任意形状(单弯曲或双弯曲、有限等)。4、PMC型带隙表面:这是一种在水平和垂直极化的掠射角处阻止波的表面,而它本质上是一种接近垂直入射的PMC。对于前三个正则曲面,这个正则曲面不能用简单的一般边界条件来表示,目前只能对实际情况进行分析。参考文献 [1] P.-S. Kildal and A. Kishk, "EM modeling of surfaces with STOP or GO characteristics—Artificial magnetic conductors and soft and hard surfaces", Appl. Comput. Electromagn. Soc. J., vol. 18, pp. 32-40, Mar. 2003.[2] P.-S. Kildal, "Artificially soft and hard surfaces in electromagnetics", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 38, no. 10, pp. 1537-1544, Oct. 1990.[3] P. S. Kildal, A. A. Kishk and S. Maci, "Special issue on artificial magnetic conductors soft/hard surfaces and other complex surfaces", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 53, no. 1, pp. 2-7, Jan. 2005. 来源:微波工程仿真

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