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MIMO阵列去耦合时保持辐射方向图的一致性研究

MIMO阵列去耦合时保持辐射方向图的一致性研究 微波工程仿真
2024-12-21
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极化分集被用于缓解MIMO天线的耦合问题,但随着通信技术的进步,同极化MIMO天线正逐渐受到关注。常用的去耦技术专注于提高去耦性能,而这些技术引起的辐射方向图失真则成为新的问题。对于大规模 MIMO 系统,天线的一致辐射方向图对于确保波束成形预编码的准确性、增强波束成形鲁棒性以及创建零点以抑制干扰是必要的。

目录



  • MIMO阵列辐射方向图的一致性去耦合方法
  • MIMO解耦合方法
  • 参考文献



MIMO

As shown below👇

MIMO阵列辐射方向图的一致性去耦合方法

自耦的概念最初是针对天线之间的去耦提出的,它使用天线的固有特性而不是额外的去耦结构。常用的方法有:

1、通过弱场区的方法解耦合

常用的方法有,

a、使用特殊馈电技术,特定馈电结构的额外耦合路径来抵消来自辐射贴片的耦合,从而产生弱场区域,通过在弱场区域放置另一根天线达到多天线的高隔离。

b、使用特征模理论,对接地层进行特征模式分析(CMA),激活具有两个平行弱场区域的特定模式。当天线馈电点位于平行弱场区域时,可以实现端口的自然隔离。

c、使用短路加载技术,可以参考我们之前的文章,MIMO阵列解耦合--短路加载技术(shorting-pin technique)

这些自去耦天线在去耦期间可以自然地保持其辐射方向图,但它们通常具有非常低的去耦带宽,因为可能在小频段产生弱场区域。


2、模式解耦方法
a、加载介质,如辐射方向图去耦介质谐振器天线(DRA),在耦合的 DRA 中,使DRA 激发的磁场和寄生结构相互对立。
b、同时激励 TM01和 TM11模式,通过加载插槽和金属过孔,使这两种模式的电场在辐射贴片内结合,同时在耦合贴片内相互抵消。

但上述两种辐射模式的耦合电流理论上不足以完美抵消彼此,因此去耦性能是有限的。

3、差分馈电方式
如下图所示1x4贴片阵列,四种特征模式可以根据它们的模态电流分为两组:两个天线以差分方式激励。两个天线是差分的,并在特征模式 1 和 2 下工作,允许宽侧辐射和自解耦。特征模式 1 和 2 的模态电流在左侧的两个色块上叠加,在右侧两个色块上相互抵消,这意味着,当 Ant. 1 受到差分激励时,Ant. 2 上的耦合电流主要被抵消。
该方法实现的两个自解耦天线的辐射方向图与独立的自解耦天线的辐射方向图几乎相同,HPBW 的变化小于 4°,最大辐射方向都在宽边,表现出优异的辐射方向图均匀性。




MIMO解耦合方法类型

MIMO 天线阵列场景的解耦技术可以分为三种类型

第一种方法是使用谐振结构直接阻挡天线元件之间的耦合电流或波

第二种方法是引入额外的耦合路径来抵消原始耦合 

第三种方法寻求同时实现低互耦合和不失真的辐射方向图的新方法。

更多的关于解耦合的内容可以浏览下面的文章,

MIMO阵列解耦合--短路加载技术(shorting-pin technique)

CST仿真EBG对MIMO天线耦合的抑制

MIMO天线为什么需要使用同一个接地

多天线解耦合--二元阵本征模去耦匹配网络

天线设计中的解耦合技术



参考文献



[1] J. Xu, X. He, and T. Deng, “A Self-Decoupled MIMO Patch Array With Consistent Radiation Patterns,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 72, no. 12, pp. 8971–8979, Dec. 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3410535.

        



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微波工程仿真
关注数学、电磁理论、微波射频、电路、工业设计等内容以及相关的仿真、设计工具软件。
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