基站天线去耦技术_Marc_天线布局_电子_通信

基站天线去耦技术

随着基站天线朝向多制式、多频段和大规模部署的方向演进，天线之间出现的

多样耦合干扰已对移动通信系统性能造成严重影响。

然而，一些去耦方法之间存在不兼容性，加之空间紧凑的限制，许多去耦策略难以在基站天线阵列中得到有效应用，极大增加了天线去耦的设计难度。由于缺乏理论指导和定量分析手段，传统的调试方法往往会盲目消耗大量的计算资源和仿真时间，难以达到理想的去耦效果。因此，开展基于耦合定量分析方法的阵列去耦关键技术研究，对于提高大规模基站天线系统的性能至关重要。

不同基站去耦技术概述

1、散射干扰去耦技术

在高频天线辐射时，其发出的高频电磁波会在低频天线上引起散射电流。这些散射电流产生的散射波干扰了高频天线本身的辐射，导致辐射方向图发生畸变。散射干扰不仅降低了天线的辐射效率，而且会引起信号覆盖范围不均匀，从而对通信系统的整体性能产生负面影响。

在解决散射干扰的过程中，技术关键在于减少或消除这些散射电流，从而实现有效的干扰去耦，确保天线系统的性能和通信质量。

2、共模干扰去耦技术

在低频天线辐射时，所发出的低频电磁波在高频天线上诱发共模谐振。这一过程导致在高频天线的辐射体及其同轴线上产生共模电流。由这些共模谐振电流引发的电磁波将干扰低频天线自身的辐射，造成辐射方向图畸变。此类干扰在共模谐振频点处尤为显著，会影响低频天线的性能，导致天线端口不匹配和方向图畸变，进而降低系统整体性能。

有效解决共模干扰的策略在于将共模谐振频点调整至低频天线的工作频段之外，通过这种方式实现干扰去耦，确保天线系统的高效和稳定。

3、端口信号干扰去耦技术

在多频基站天线系统中，不同频段天线间的相互耦合可能导致耦合电流流入天线端口，引发信号干扰并降低通信质量[54]。这种端口信号干扰会降低基站天线的频谱使用效率，导致信号失真或覆盖范围缩减，从而影响系统的整体性能和可靠性。

为了应对多频基站天线的端口信号干扰，集成滤波结构成为了一种有效的解决策略。通过将天线与滤波结构进行一体化设计，滤除非目标频段的信号，可以显著减少信号干扰。这种方法不仅有效地抑制了多频基站天线系统中的耦合信号干扰，而且确保了通信系统能够高效且稳定地运行。

4、同频干扰去耦技术

同频天线由于工作在相同的频率范围内，并且在紧凑的天线阵列布局中，天线之间的距离相当近，这使得它们极易相互影响，导致同频耦合干扰的产生。这种干扰导致天线性能降低，表现为端口失配、方向图畸变和辐射效率的减少，进而影响到天线系统的数据传输速率和信号的可靠性。由于天线布局的空间限制以及收发一体化设计的要求，同频去耦相比异频去耦面临更多难题，许多常规的去耦技术难以直接适用于同频场景。

目前，针对同频去耦的策略主要包括三类：一是利用天线阵列去耦表面技术，二是通过安装挡板进行物理隔离，三是结合去耦表面和挡板技术的综合去耦策略，旨在有效减轻同频耦合干扰，保障天线系统的高效运行。

参考文献

[1] 卢笑池.基站天线阵列去耦与智能设计关键技术研究[D].电子科技大学,2024.DOI:10.27005/d.cnki.gdzku.2024.000346.

[2] Y. Li and Q. -X. Chu, "Dual-Layer Superstrate Structure for Decoupling of Dual-Polarized Antenna Arrays," in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 21, no. 3, pp. 521-525, March 2022, doi: 10.1109/LAWP.2021.3136934.

来源：微波工程仿真

波束可重构阵列天线

波束可重构阵列天线是一种能够通过电子或机械方式调整其辐射波束方向的天线阵列。它的主要特点是能够在不改变天线几何特性的情况下，对辐射方向图、幅值和相位等进行重构调节。这种天线具有低成本、低损耗、高辐射效率以及高精度波束控制的优点。目录波束可重构阵列波束可重构阵列研究现状参考文献 *As shown below👇波束可重构阵列天线波束可重构阵列天线的工作原理主要基于相位调控技术。通过调整阵列中每个单元的相位，可以改变整个阵列的辐射方向图，从而实现波束的重构。这种调控可以通过电子调谐（如使用PIN二极管等电子器件）或机械调谐（如调整反射单元的物理位置）等方式实现。技术进展相位量化与开关配置：为了降低反射损耗，研究者们对相位量化方式和量化位数的选取进行了深入研究。同时，也关注了开关配置对天线性能的影响，以优化可重构单元的设计。超表面技术：超表面作为二维形式的超材料，能够有效地调控电磁波的极化方式和波前相位。将超表面应用于波束可重构阵列天线中，可以实现对电磁波的更精细调控，进一步提高天线的性能。多波束与宽角扫描：通过合理设计反射阵面上的相位分布，波束可重构阵列天线可以实现多波束性能。同时，通过电子调谐等方式，还可以实现大角度的波束扫描功能。应用与前景卫星通信：波束可重构阵列天线在卫星通信中具有重要应用。它可以根据需要调整波束方向，以优化通信链路的性能。此外，多波束功能还可以提高通信容量和覆盖范围。雷达系统：在雷达系统中，波束可重构阵列天线可以实现高精度的波束控制和扫描功能。这有助于提高雷达的探测性能和抗干扰能力。成像与探测：波束可重构阵列天线还可以应用于高帧率、高分辨成像雷达以及低小慢目标探测等领域。其高精度波束控制和扫描功能有助于提高成像质量和探测精度。波束可重构阵列研究现状相比于常规的相控阵，波束可重构阵列由于采用可调移相网络或可重构的阵元，能够在规避 T/R 组件或压缩阵元规模的前提下，实现高增益且灵活的波束扫描和波束赋形功能。因此，波束可重构阵列在小型化和大规模部署的系统中有着广泛的应用前景。现有的波束可重构阵列，按照可重构的侧重点，大致可分为：1）基于可调移相器的波束扫描阵列，相比于经典的相控阵架构，基于可调移相器的波束扫描阵列，通常利用可调的移相器代替常规的 T/R 组件或移相器芯片，简化了相控阵的前端设计，在压缩阵列馈电成本的前提下，仍能实现高增益的波束扫描功能。但是，由于可调移相器的限制，基于可调移相器的阵列仍难以实现波束大角度扫描，且移相器带来了较大的损耗。此外，阵列和馈电网络的总体尺寸仍然占据着不小的空间。2）基于多波束网络的可重构阵列，针对 T/R 架构的高成本和可调移相器的损耗大的问题，近年来不少学者将研究目光转向了多波束网络，将常规的多波束网络和可重构技术相结合，设计实现了低成本且低损耗的可重构多波束网络。基于多波束网络的可重构阵列，在矩阵网络的基础上，搭配小范围的可调移相设计（更低的损耗和更高的平坦度），获得了大范围可调相位或多个相移状态，进而实现了多波束连续扫描。但是，矩阵网络通常有多个输入端口，这就导致在实际应用中，需要在前端增加一个多路开关设计，增大了系统的复杂度。此外，常规的微带或 SIW 形式的矩阵网络，通常需要占用一个很大面积的基板（大尺寸）。3）基于可重构阵元的宽角扫描阵列，基于可重构阵元的宽角扫描阵列，是一类方向图因子可调控的低成本且宽角扫描的相控阵列。在波束扫描过程中，通过不断调控阵元的方向图（方向图因子），进而分区接力完成大范围波束扫描。更为重要的是，相比于传统相控阵，由于方向图因子动态可调，因此在维持宽角扫描性能的前提下，阵元数量可以大幅度减少，继而实现了更低的成本和更小的尺寸。对于多波束阵元组阵的方案，虽然消除了电子开关带来的欧姆损耗，但是需要配给额外的端口切换电路或相位控制网络，这就不仅占用了更大的尺寸，还使得前端系统更为复杂以及成本的增高。因此，从现有工作可知，目前制约基于可重构阵元的宽角扫描阵列性能提升的关键是：设计实现高性能的方向图可重构阵元。参考文献 [1] 王崭.方向图可重构天线及其阵列研究[D].电子科技大学,2023.DOI:10.27005/d.cnki.gdzku.2023.005692.[2] M. A. Y. Abdalla, K. Phang and G. V. Eleftheriades, "A Planar Electronically Steerable Patch Array Using Tunable PRI/NRI Phase Shifters," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 57, no. 3, pp. 531-541, March 2009, doi: 10.1109/TMTT.2008.2012312. [3] X. Ding, B. -Z. Wang and G. -Q. He, "Research on a Millimeter-Wave Phased Array With Wide-Angle Scanning Performance," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 61, no. 10, pp. 5319-5324, Oct. 2013, doi: 10.1109/TAP.2013.2275247. 来源：微波工程仿真