基于特征模分析（CMA）的解耦机制_ACT_电路_ANSA_通信

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。

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

谐振模式理论（RMT）简介

在未加激励源的情况下观察散射体的模态是微波工程中常用的技术。相比与特征模式理论，RMT可以直接获取观察频段内的谐振模式。且不会产生冗余和无关紧要的非共振模式目录谐振模式理论和特征模式理论谐振模式理论方法参考文献 RMT vs TCMAs shown below👇谐振模式理论和特征模式理论特征模式理论（TCM）可以方便的观察散射体的谐振模式，但在观察频带内利用 TCM 时会产生非谐振模式，当应用这些模式来拓宽各种谐振天线设计的阻抗带宽时，可能会引起混淆。相比之下，谐振模态理论（RMT）仅涉及与多频段或宽带谐振天线设计最相关的谐振模式。一旦通过 RMT 在所需频段获得所选散射体的谐振模式，剩下的工作就是引入一个源来激发频段中的谐振模式，形成宽带天线。谐振模式理论方法简介基于波印廷定理和电磁场补偿定理(Poynting theorem and compensation theorem of electromagnetic fields)，具有任意金属和电介质组合的散射体周围的存储场能量（DSFE）的差异可以用模态电流表示如下,为了确定具有任意金属和电介质组合的散射体的外部谐振模式，可以要求DSFE消失，从而得到均匀的体积表面积分方程（VSIE）为了求解上述齐次VSIE，通过矩量法进行离散化，得到一个实齐次矩阵方程它的非平凡解存在的充要条件是具有任意金属和电介质组合的散射体的实际谐振频率和模态电流分布可以分别从以上公式中确定。RMT不会产生冗余和无关紧要的非共振模式。参考文献 [1] R. Xiao, W. Geyi, G. Yang and W. Wu, "Application of Resonant Modal Theory to the Design of Dual-Band Wideband Dipole Antenna," in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 23, no. 8, pp. 2551-2555, Aug. 2024, doi: 10.1109/LAWP.2024.3399405.[2] R. Xiao, G. Wen and W. Wu, "Theory of resonant modes and its application", IEEE Access, vol. 9, pp. 114945-114956, 2021.[3] R. Xiao, G. Wen, G. Yang and W. Wu, "The extended resonant modal theory and its applications", Microw. Antennas Propag., 2024. 来源：微波工程仿真