解耦技术--使用超材料抑制表面波实现高隔离_ACT_ANSA_通信_材料_控制

解耦技术--使用超材料抑制表面波实现高隔离

天线元件之间的强互耦合降低了阵列的效率，导致相控阵系统中的扫描盲区，限制了阵列的实际封装密度，并严重降低了分集天线和多输入多输出（MIMO）通信系统的性能。在基板中不期望产生的表面波是阵列元件之间相互耦合的主要来源。

超材料（MTM）

As shown below👇

超材料解耦技术

MTM结构来控制阵列天线的耦合已经有许多的研究成果，包括MTM的谐振器、磁绝缘体、慢波结构、缝隙互补开口环谐振器（CSRR）、缝隙组合CSRR（SC-CSRR）、1-D-EBG和SRR结构、接地电容负载环（GCLL）和π -形状的元素、软表面 MTM 等。

表面波的产生可以通过接地介质板波导来研究，如图所示。通过横向共振法，表面波的TM和TE模式的截止条件可以给出如下

可以看出，对于TM和TE模式，当ε1μ1=ε2μ2时，截止频率为无穷大，这表明表面波可以被完全抑制。因此，为了解耦天线阵列，天线与超表面之间的关系应为εeff1μeff1=εeff2μeff2。这里，εeff1和μeff1是天线的有效介电常数和磁导率。此外，εeff2和μeff2是所提出的超表面的有效介电常数和有效磁导率。

解耦技术汇总

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

以上技术是可以结合使用达到解耦目的的，

例如，通过在接地平面中加入槽来抑制天线元件之间流动的接地电流，会产生一个额外频带，在该频带中，表面波受到传播的抑制。

而印在两个贴片之间的寄生隔离器控制耦合场的极化可以减少天线耦合。DGS 也用于抑制交叉极化水平。

EBG等结构是有很多缺点的，

EBG 结构的引入使得天线元件之间以减少相互耦合。然而，通常需要在阵列元件之间插入至少两排 EBG 结构，从而在天线之间提供适度的隔离。

但是，EBG 结构必须放置在距离天线边缘的指定距离处，以获得需要的回波损耗。因此，EBG 的插入将元件间距增加到大于0.5个波长，从而产生更大的阵列且限制波束控制阵列的扫描角度。为了使阵列小型化需要使用多层介质基板，但代价增加了整体的厚度和成本，这是非常不划算的。

参考文献

[1] A. Jafargholi, A. Jafargholi and J. H. Choi, "Mutual Coupling Reduction in an Array of Patch Antennas Using CLL Metamaterial Superstrate for MIMO Applications," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 67, no. 1, pp. 179-189, Jan. 2019, doi: 10.1109/TAP.2018.2874747.

[2] M. Li, J. Mei, X. -X. Yang, D. Zeng and Z. Yi, "Isolation Enhancement Based on Metasurface for Dual-Band E/H-Plane Coupled Antenna Array," in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 23, no. 7, pp. 2234-2238, July 2024, doi: 10.1109/LAWP.2024.3386677.

来源：微波工程仿真

基于SIW结构的多零点谐振器

多零点谐振器（也称为多模谐振器或多频谐振器）是一种特殊的微波器件，能够在单个谐振结构中同时激发多个谐振模式。目录基于SIW的多零点谐振器多零点谐振器的概述参考文献Multinull ResonatorAs shown below👇基于SIW的多零点谐振器（Multinull Resonator）介绍在背槽同轴馈电的SIW结构中，通过调整馈电探头和槽的位置，可以获得不同数量的谐振模式和辐射零点。1、槽缝和馈电在两端，可以生成两个谐振模式一个 null2、馈电位置和槽缝在同一侧，馈电点靠边可以激发三种模式并形成合并，形成一个宽带，通带两侧各有两个零点。这种结构明显的可以看出非常适合宽带设计。3、馈电位置和槽缝在同一侧，槽缝靠边可以生成两种模式和三个零点，可以看到这种结构非常适合双频带滤波天线设计。多零点谐振器概述多零点谐振器是一种利用谐振器内部的电磁场分布和耦合关系，使得不同频率的信号能够在谐振器内产生谐振的器件。通过调整谐振器的结构参数（如长度、宽度、高度等几何尺寸，以及材料的介电常数和磁导率等电磁参数），可以控制其主谐振频率以及高次谐振频率，从而实现多个频段的滤波或通信功能。主要特点结构紧凑：多零点谐振器能够在较小的空间内实现多个谐振模式的激发，有利于实现设备的小型化和集成化。设计自由度高：通过调整谐振器的结构参数，可以灵活地控制其谐振特性，满足不同的应用需求。多功能性：由于能够同时激发多个谐振模式，多零点谐振器在滤波、频率转换、信号放大等方面具有多种功能。应用领域无线通信系统：多零点谐振器在无线通信系统中具有广泛的应用，如频率捷变通信系统、宽带滤波器、多通道通信系统等。它们能够实现多个频段的滤波功能，提高通信的灵活性和可靠性。微波电子学：在微波电路中，多零点谐振器可用作振荡器、放大器等关键元件，提高电路的性能和稳定性。信号处理：利用多零点谐振器的滤波特性，可以实现对复杂信号的有效处理，提取出有用信息并抑制噪声干扰。发展趋势随着无线通信技术的不断发展，对多零点谐振器的性能要求也越来越高。未来的发展趋势可能包括以下几个方面：小型化：为了满足通信系统对器件尺寸的要求，多零点谐振器需要不断减小尺寸，实现小型化。高性能：提高多零点谐振器的Q值和带宽，降低插入损耗和相位噪声等性能指标，以满足通信系统对信号质量的要求。多功能化：将多零点谐振器与其他微波器件进行集成，实现多功能化，提高系统的集成度和可靠性。智能化：利用现代控制理论和算法，实现对多零点谐振器的智能控制和优化，提高系统的自适应能力和智能化水平。参考文献 [1] X. Yin, P. F. Hu, K. W. Leung, Y. M. Pan, N. Yang and K. Lu, "Millimeter-Wave Dual-Band Filtering Patch Antenna and MIMO Array Using Multinull Resonator," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 72, no. 9, pp. 6897-6907, Sept. 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3430814. 来源：微波工程仿真