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柔性共形阵列(FCA)天线

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灵活性和适应性是柔性共形阵列(FCA)的两个主要优势。一方面,阵列结构的灵活性使 FCA 雷达能够根据不同的应用环境生成所需的最佳天线波束,从而获得出色的目标检测性能。另一方面,适应性使 FCA 具有体积小、重量轻等优势,在可穿戴和智能设备中大量应用。将FCA和MIMO结合是近来的备受关注的方向。

目录



   
  • FCA-MIMO 的简介    
  • 多天线的解耦合技术    
  • 参考文献    
 
 

 



FCA-MIMO

As shown below👇

FCA-MIMO 的简介

FCA-MIMO 同时实现了 FCA 和 MIMO 的优势,即灵活的 控制转向向量(SV)、增强的传感性能和多样化的工作模式。即,FCA-MIMO 的优势在于,通过操纵 SV,即额外的可用自由度 (DoF),可以获得比 MIMO 和/或 PA 更好的性能。

例如,FCA-MIMO 可以调整发射和/或接收 SV,从而在接收信号或角域干扰中分离两个近距离目标(假设它们在 MIMO 雷达系统中无法区分)。从这个意义上说,FCA-MIMO 是由波形、加权和 SV 共同设计的,以根据特定场景和任务最大限度地提高性能。


然而,FCA-MIMO同时也继承了FCA和MIMO的缺点,比如,


FCA的缺点,

  1. 技术成熟度

    • 柔性共形阵列天线技术相对复杂,目前仍处于研究和开发阶段,技术成熟度有待提高。

  2. 成本问题

    • 由于其高度定制化和复杂的生产工艺,柔性共形阵列天线的成本可能较高。

  3. 环境适应性

    • 柔性共形阵列天线需要适应各种复杂的环境条件,如高温、低温、潮湿等,这对其材料选择和制造工艺提出了更高的要求。


MIMO的缺点,

  1. 复杂性

    • MIMO天线系统需要复杂的信号处理和同步机制来确保多个天线之间的协调工作。

  2. 硬件成本

    • MIMO天线系统需要多个发射和接收天线以及相关的射频和信号处理硬件,增加了系统的硬件成本。

  3. 空间限制

    • MIMO天线系统需要足够的空间来布置多个天线,这在某些紧凑的应用场景中可能受到限制。

  4. 对天线间距的要求

    • MIMO天线之间的间距需要满足一定的要求,以确保天线之间的独立性和相关性,这在实际应用中可能带来一定的挑战。


多天线的解耦合技术

当多个天线集成到有限空间中,那么必然会带来耦合的问题,FCA-MIMO也不例外,解耦合技术的常用方法如下,

1. 分集技术

2. 中和线技术

3. 电磁带隙结构(EBG)

4. 缺陷地结构

5. 寄生枝节

6. 优先级控制与调谐单元

天线设计中的解耦合技术对于提升天线性能、优化系统整体表现以及增强设计的灵活性和可靠性具有显著的好处。这些好处使得解耦合技术在现代通信系统和电子设备中得到了广泛的应用和推广。


还有更多关于耦合的文章请参考

相互耦合的因素之一--表面波

天线阵列系统中的互耦合分析和理解

天线设计中的解耦合技术


参考文献



   

[1] M. Li and S. Cheung, “Isolation Enhancement for MIMO Dielectric Resonator Antennas Using Dielectric Superstrate,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 69, no. 7, pp. 4154–4159, Jul. 2021, doi: 10.1109/TAP.2020.3044683.


[2] A. C. Fikes, A. Safaripour, F. Bohn, B. Abiri and A. Hajimiri, "Flexible, Conformal Phased Arrays with Dynamic Array Shape Self-Calibration," 2019 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS), Boston, MA, USA, 2019, pp. 1458-1461, doi: 10.1109/MWSYM.2019.8701107.

       



来源:微波工程仿真
ACT电子ANSA通信UMElectric材料控制
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首次发布时间:2025-07-12
最近编辑:23小时前
周末--电磁仿真
博士 微波电磁波
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方向图可重构天线的设计

无线通信的场景和功能变得越来越复杂,已经不再是单一的宏基站覆盖,而是一个集宏基站、微基站、物联网以及卫星为一体的综合互补覆盖。在城市和室内场景中,普遍存在多径效应、遮挡以及反射等现象,这就导致传统方案会出现覆盖盲区、失配以及用户丢失等问题。目前,解决这些问题的方案,主要是通过站点的部署或者站内集成多个不同辐射指向的天线,但是这样也导致了成本和尺寸的急剧增加。针对这些问题和挑战,近年来发展起来的可重构天线,可作为一种全新的选择。目录 方向图可重构天线的一些实现方法 方向图可重构天线原理和特性 参考文献 *As shown below👇方向图可重构天线的一些实现方法通过引入开关等可调元件,可重构天线在不改变物理口径的前提下,实现了方向图、频率以及极化等电磁分量的调控。其中,方向图可重构天线能够动态地切换波束,有效地解决或改善多径现象、提高抗干扰能力以及增大信道容量等,因此方向图可重构天线也是业界研究的热点和重点。按照表面场调控原理,现有的方向图可重构天线工作,可大致分为四类:1)多端口多波束可重构天线,多端口可重构天线,通过馈电不同的端口,激励起天线上不同的谐振部分或不同的模式,调控获得不同的表面场分布,从而辐射出不同的方向图。继而,依次切换或组合激励各端口,就可以获得多个不同的辐射波束。在实际的应用场景中,受限于射频链路的通道,通常需要额外的多端口开关切换电路,来选择不同的馈电端口与射频链路相连接使用。这就导致射频前端变得更为复杂。此外,多端口开关切换电路还引入了额外的损耗。因此,多端口多波束可重构天线在实际应用场景中存在一定的限制,特别是在小型化通信设备和空间受限场景应用中。2)Yagi-Uda 类型的可重构天线,相比于多端口多波束可重构天线,采用电子开关的可重构天线,能够更加敏捷且更加灵活地调控天线的表面辐射场分布,进而实现方向图的重构。Yagi-Uda 类型的可重构天线,主要是通过在天线(辐射源)的周围布设带有开关的反射器或引向器结构,用以对辐射源进行反射或引向作用,从而获得定向端射波束。基于端射阵列原理的 Yagi-Uda 可重构技术,通常需要在辐射源以外,构造分离的反射器或引向器,这就使得可重构天线存在空间占用面积大、口径利用率低以及结构集成度差等问题和缺点。此外,如果要获得更多的定向波束,就需要对应配给相应数量的反射器或引向器,这就使得可重构天线结构和控制复杂度的急剧增加。因此,传统 Yagi-Uda 类型的可重构设计,在新一代无线通信应用中存在一定的局限,特别是在室内场景和小型化设备中。3)互补源可重构天线, 互补源可重构技术,通过调控电偶极子或磁偶极子对应的相位或极化状态,组合出不同的场分布进而获得不同的波束。相比于常规的 Yagi-Uda 方案,近年来新提出的互补源可重构天线,不需要在天线周围布置反射器或引向器,仅需要操纵同一口径下电偶极子或磁偶极子的相位或极化状态。因此,其具有更加紧凑的尺寸。然而,现有互补源可重构天线研究主要集中在近场谐振寄生天线和平面天线上,很少迁移到其他类型的天线上。由于辐射体的性能限制,现有的互补源可重构天线,在工作带宽、波束切换能力以及结构可靠性方面仍存在一些不足和问题,难以满足宽频带无线通信的应用需求。4)液体驱动可重构天线。通过调控液体的形态,改变了天线周遭的环境,构造出不同的辐射场分布,形成不同的波束指向。相比于电控可重构技术,液体驱动可重构天线,消除了半导体开关带来的欧姆损耗。但是,液态媒介的控制,需要一套液泵驱动系统或机电伺服系统。在实际应用场景中,受限于液泵的工作机制,该类可重构天线存在着切换响应速度慢以及控制系统复杂等明显缺陷。因此,现有液体驱动可重构天线,难以满足高速率和低时延的无线通信应用要求。方向图可重构天线原理和特性方向图可重构天线的工作原理主要有以下几种:利用八木天线原理:通过控制加载在辐射贴片上的二极管的通断,来实现引向器和反相器的变换,从而改变方向图。单元天线方向切换:将单元天线放在不同的方向上,通过控制不同单元的连接来实现方向图的切换。天线结构变换:通过控制加载在天线结构上的二极管状态,来变换天线的结构,从而实现辐射不同的方向图。馈电网络改变:通过改变馈电网络上的馈电点位置,从而激发不同的天线模式,辐射不同的方向图。性能特点抗干扰能力强:方向图可重构天线可以调整天线的主波束朝着期望的方向,旁瓣或零陷对准干扰信号的方向,从而达到抗干扰的目的。提高信号质量:通过控制天线的波束覆盖范围,合理地控制能量分布,从而减少对通信系统其它部分造成干扰,提高信号质量。应用广泛:方向图可重构天线在卫星通信、导弹制导、军民用雷达等方面有着广泛的应用。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] B. Zhang and Z. N. Chen, “Guided-wave Suppression in Uniaxial Anisotropic Metamaterial Slab for Radiation Pattern Control of Covered Dipoles,” IEEE Trans. Antennas Propagat., pp. 1–1, 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3474799. 来源:微波工程仿真

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