首页/文章/ 详情

相互耦合的因素之一--表面波

2天前浏览10




天线之间的相互耦合主要是由于空间波和表面波。特别是平面天线,如微带贴片,会受到表面波的显著影响。表面波不仅会增强相互耦合,还会增强横向辐射,从而导致内轴瞄准增益降低。因此,通过减轻表面波来减少相互耦合是解耦工作的重点之一。表面波是指被限制在两种媒质交界面上,并沿该界面传播的电磁波。这篇文章简单的认识一下表面波的机理。

目录



   
  • surface wave    
  • 表面波控制    
  • 参考文献    
       



表面波

As shown below👇

surface wave

表面波是指被限制在两种媒质交界面上,并沿该界面传播的电磁波。


其特性包括:

传播方式:表面波沿导波结构表面传播,而在垂直于表面的方向上,其场强按指数律递减。


速度特性:表面波的传播速度通常小于自由空间的波速,因此传输表面波的结构被称为慢波结构,表面波天线也因此被称为慢波天线。


分类:表面波可以分为快波(或称漏波)和慢波(或称聚波)两类。快波沿导波表面传播的相速大于光速,而慢波则小于光速。

根据斯涅尔定律有,

当ε1>ε2时,从介质1入射到介质2会有临界角,当入射角大于临界角会产生全反射,此时透射场表达为

可以看到,在x方向沿着分界面传播,在z方向呈指数衰减,被限制在分界面传播。

表面波是一种非均匀平面波,因为它的传播因子在x方向,振幅变化在z方向。

根据上式,可以算出它的坡印廷矢量

表明在z方向是没有实功率流动的。

表面波对天线性能的影响

  1. 辐射效率:表面波在介质基片内部传播时,如果无法有效透出介质参与正常辐射,将导致天线辐射效率的降低。

  2. 方向图恶化:表面波在介质基片上下表面之间来回反射,可能产生杂散辐射,这些杂散辐射与正常辐射发生干涉,会引起方向图旁瓣的起伏,恶化天线辐射质量。

  3. 互耦增强:表面波还会增强阵列天线单元之间的耦合作用,导致输入阻抗漂移、辐射方向图失真等问题。



表面波控制

在距离较大(半波长或更大)的高介电常数材料中,尤其是在 E 平面上,表面波在互耦合中的贡献超过了近场效应。

控制表面波的方法

  1. 材料选择

    • 低介电常数基片:采用低介电常数的基片材料可以减少表面波的产生。

    • 光子晶体或电磁带隙材料:在天线金属表面上腐蚀周期性小洞或在介质基板中周期性排列金属、介质等材料,以破坏表面波的传播路径,形成对表面波的阻滞效果。

  2. 结构设计

    • 金属屏蔽层:在介质基板外围加金属腔或金属栅栏,改变平面天线的边界条件,截断表面波的横向传输。

    • 多层结构:采用多层结构设计,通过调整各层材料的介电常数和厚度,以减少表面波的产生并提高天线的带宽。

  3. 表面阻抗调制

    • 通过调制天线表面的阻抗,可以产生沿传播方向有一定振幅和相位分布的行波,从而控制天线的辐射特性和方向性图。



参考文献



   

[1] J. M. Heo, H. Kim, D.-Y. Kim, S.-K. Kim, G.-R. Yun, and G. Byun, “Dual-Band Dual-Polarization Decoupling Metasurface Using Stacked Mushroom Structure With Asymmetric Via Posts,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 23, no. 6, pp. 1685–1689, Jun. 2024, doi: 10.1109/LAWP.2024.3366593.

[2] A. Askarian, J. Yao, Z. Lu, and K. Wu, “Surface-Wave Control Technique for Mutual Coupling Mitigation in Array Antenna,” IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 32, no. 6, pp. 623–626, Jun. 2022, doi: 10.1109/LMWC.2021.3139196.


       

来源:微波工程仿真
材料控制META
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-07-12
最近编辑:2天前
周末--电磁仿真
博士 微波电磁波
获赞 26粉丝 54文章 380课程 0
点赞
收藏
作者推荐

基于特征模分析(CMA)的解耦机制

在MIMO天线系统中,天线端口之间的去耦是改善无线通信特性的关键技术。目录 CMA的解耦机制通过CMA确定馈电位置参考文献CMA解耦机制As shown below👇解耦机制1、双端口天线传统的双端口贴片天线有:强耦合,低增益,低效率,窄带等问题。2、对双端口贴片天线用CMA可以看到不同模式的场和电流分布,显示 CM1、CM2 和 CM3 表现出 TM10、TM11和 TM02模式。3、场分布的分析CM1 显示偶数模式,而 CM2 和 CM3 显示奇数模式。从 CM1 和 CM2 的模态电场可以看出,贴片的左侧有同相电场,提供了稳定的辐射方向图,贴片的右侧有异相电场,为模式抵消提供了条件。因此,在 CM1 的电场中间沿 x 轴引入零电位,保持 CM1 和 CM2 的电场方向不变,并抑制 CM3,即可实现 CM1 和 CM2 的模式抵消,实现一半区域的强电场和另一半的弱电场。金属化过孔相当于偶数模式的 PMC,两侧都有同相电场;和 PEC 用于奇数模式,两侧都有反相电场;因此,加载金属化过孔被认为会改变模态行为以实现模式消除。4、金属孔的数量与CM3的抑制效果由于金属化通孔位于 CM3 模态电场的峰值,因此 CM3 被抑制。5、等效电路模型金属孔相当于Lv2, 贴片相当于L1. 而多个金属孔的等效电感可以通过公式计算。过孔越多,等效电感值越低。最终有,金属化过孔的并联电感越小,耦合就越小。金属化过孔两侧的贴片电感越大,隔离度就越大。因此,增加金属化通孔的数量或两个端口之间的距离可以提高隔离度,并为馈电端口的选择提供指导。通过CMA确定两个馈电探针的位置馈电位置需要满足以下条件,良好的阻抗匹配和良好的辐射性能。同时激发 CM1 和 CM2 模式。CM1 和 CM2 的组合电场强度的最强和最弱位置,两个端口之间具有很高的隔离度。可以观察到,组合电场的左侧是强电场区域,右侧是弱电场区域,实线描绘的对称区域被选为初步馈电区域。因此只要在两个区域做扫描仿真,即可确定馈电的最佳位置。参考文献 K. Gao, Y. Zhou, T. Li, H. Yang, S. Li and X. Cao, "Design of Frequency-Reconfigurable and Decoupled Dual-Port Single-Radiating Patch Antennas Using Characteristic Mode Analysis," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 72, no. 9, pp. 7068-7076, Sept. 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3436680. 来源:微波工程仿真

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习计划 福利任务
下载APP
联系我们
帮助与反馈