天线设计中的解耦合技术

MIMO 系统中的天线安装得彼此靠近，因此天线之间的相互耦合是不可避免的。强互耦合会导致天线效率降低、阻抗不匹配和辐射方向图失真。因此，探索去耦技术，特别是在宽带宽上，对于紧密间隔的 MIMO 系统具有极大的价值。

一些常见的天线解耦合技术：

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。

一、结构辅助解耦包括两种方法：

1、采用阻塞方法

是抑制空间波和表面波的耦合，包括电磁带隙结构 （EBG）、缺陷接地结构 （DGS） 和超材料的应用。

a) 蘑菇状、分形单平面和双层EBG 可抑制表面波的传播。

b) 类似杠铃、淤积图案和新型分形DGS 可防止接地平面上的耦合电流。

c) 通过在贴片天线上方引入超材料结构的超耦合，它可操纵沿耦合方向传播的波变得消逝，从而抑制相互耦合。

2、采用取消方法

引入额外的耦合路径来抵消原始耦合路径。其两条路径的幅度相等，但相位相反。

中和线 （NL）、寄生元件、去耦网络 （DN）、传输线 （TL）、偏振选择性部分反射解耦层和相移电路可用于帮助建立额外的耦合路径，以实现相互耦合抑制。

但是这种方法有两个代价：

a) 存在辐射方向图恶化、设计复杂性增加和窄带去耦等问题。

b) 在天线周围增加的辅助结构增加了天线的面积，会限制它们在小型 MIMO 系统中的潜在应用价值。

二、自耦技术

自去耦策略通常基于具有高隔离度的极化或图案分集。

自解耦方法的理念是，将耦合天线的馈电点定位在激励天线近场的零场或弱场区域。通过激励介电谐振器天线的高阶模式实现，结合TM10和 TM20贴片天线的模式，并改变接地平面的大小。这种简单而有效的方法在很大程度上取决于近场的分布，通常是窄带响应。此外，通过均衡共模和差模的特征角或阻抗或利用高阶模来实现自耦。

天线设计中的解耦合技术多种多样，每种技术都有其独特的原理和应用场景。在实际设计中，应根据具体需求和场景选择合适的解耦合技术或多种技术的组合使用，以达到最佳的天线性能。

[1] D. Yang, Z. Ning Chen, J. Yin, and P. Liu, “Mode Conversion for Broadband Mutual Coupling Suppression of a Slot-Fed Metasurface Mosaic Antenna,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 72, no. 9, pp. 6930–6938, Sep. 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3428849.

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