【技术】解析MIMO天线设计因素之一：“套种式”天线阵列去耦技术
随着新一代移动通信系统的快速发展，大流量需求急速增加，终端用户不断增长，新型应用层出不穷。在此背景下，多输入多输出技术（MIMO）已经不可逆转地成为当代通信系统中提升频谱效率的核心技术。然而，随着第五代（5G）、第六代（6G）移动通信系统中天线数量急剧增加，频带分布更加拥挤，设计空间进一步压缩，不同天线之间的电磁耦合会严重降低数据传输性能。因此，如何构建小型化高隔离度的多天线系统，从而极大地提高信息的传输速率，是新一代移动通信发展急需解决的重要课题。运用各类电磁结构抑制天线间的耦合是学术界和工业界解决上述问题的一条有效途径。然而，面对新一代通信系统宽频带、多频带、高耦合、多耦合等复杂应用场景，传统去耦方案难以满足新的设计要求。
法动科技拥有多项实现高隔离小型化多天线阵列的新型技术，长期致力于实现各类复杂场景下的去耦技术研究。本期将介绍通过将单极子天线（Monopole）与空气贴片天线（Patch）等距交错排布，形成一种“套种式”的阵列排布方式以提高天线间的隔离度，该方案结构简单，效果显著，适用于大规模高性能天线的设计。
1、“套种式”Monopole-Patch阵列
图1展示了“套种式”Monopole-Patch天线阵列的排布方式，由单极子天线与空气贴片天线等距交错排布构成，与传统高隔离天线阵列相比，该阵列主要有如下几个优点。1）由于单极子天线几乎不占用横向尺寸，可实现紧凑型排布（<0.5波长）。2）该阵列由全金属结构构建，物料成本低、损耗小（无介质损耗）、可靠性高、辐射效率高。3）所提出的去耦结构不影响空气贴片天线的交叉极化。图2展示了双单元阵列（两个贴片天线与三个单极子天线）的结构版图，每个贴片天线中间有一条矩形槽，目的是进一步减小天线尺寸。
2、天线去耦机理
图3展示了“套种式”天线阵列的去耦机理。图3(a)所示为双单元空气贴片天线间的耦合场，当左边的贴片被激励，右边的贴片被感应，则会形成从激励端指向耦合端的的强耦合场C1（电容耦合）；图3(b)所示为当贴片天线被激励，相邻单极子被感应从而产生的另一种耦合场C2。可以看到在单极子的右侧所形成的的耦合场方向与C1正好相反；图3(c)所示为贴片天线之间套种一个单极子，通过调试单极子的尺寸使单极子右侧的两种耦合场等幅反向，相互抵消，从而实现高隔离度的“套种式”天线阵列。
3、关键参数对天线性能的影响
图4与图5展示了关键参量对“套种式”天线阵列性能的影响。其中，单极子的尺寸与位置主要决定了隔离度的高低，空气贴片的馈点位置主要决定了端口的匹配程度。该天线阵列整体结构简单，易于调试。
4、实验测试结果
图6展示了传统空气贴片阵列与本文所提出的“套种式”Monopole-Patch阵列结构对比图。图7-9展示了两个阵列所测量的各个性能对比图。可见，与传统贴片天线阵列相比，“套种式”Monopole-Patch阵列具有带宽宽、耦合低、效率高、增益高等特点。综上所述，本文所提出的“套种式”Monopole-Patch阵列在MIMO无线通信系统中有着广泛的应用前景。
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 0
本文由Jessica_li转载自法动科技，原文标题为:MIMO天线（二）：“套种式”天线阵列去耦技术，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。
相关推荐
法动科技聚力人工智能，全力开发全球领先的电磁仿真与电磁大脑EDA工具
法动EDA聚力人工智能，着眼电磁仿真与电磁大脑的创新研究，全力开发全球领先的电磁仿真与电磁大脑EDA工具，提前进入和布局EDA人工智能赛道。
贴片天线阵列设计Faraday Dynamics EDA解决方案
描述- 本文档介绍了Faraday Dynamics的SuperEM模型在贴片天线阵列设计中的应用。案例研究展示了一个4x4贴片天线阵列的设计过程，包括材料选择、频率设定和单元间距等参数。仿真结果显示，该天线阵列在3.5GHz频段表现出优异的性能，具有小于10dB的回波损耗、低于15dB的端口间耦合以及在60度范围内14-15dBi的扫描增益，适用于大规模波束扫描阵列。
贴片天线匹配网络法拉第动力学EDA解决方案
描述- 本文介绍了天线阻抗匹配的重要性及其设计方法。文章强调了不匹配可能导致信号传输功率降低、距离缩短等问题，并提出了使用SuperEM 3D全波电磁仿真器和FDSPICE电路仿真器来优化电路参数。文中展示了通过参数扫描实现的天线阻抗匹配过程，并通过S参数模型验证了匹配效果。此外，还提到了将模拟得到的S参数导入FDSPICE以加速初始值获取的过程。
法动科技封装电磁仿真解决方案
法动科技针对封装和PCB级的电磁仿真软件SuperEM®采用领先的三维全波电磁仿真技术，用于分析高速PCB和IC封装的电磁场效应，并与业界领先的模拟芯片设计环境进行无缝整合，为广大的设计人员提供高精度电磁分析服务，以黄金标准精确度应对更复杂的电磁（EM)挑战，本案例将展示QFN (方形扁平无引脚封装）的S参数仿真流程以供参考。
【技术】法动科技推出高隔离度双极化天线技术，结构简单、效果显著，适用于大规模高性能天线的设计
法动科技拥有多项实现高隔离双极化天线阵列的新型技术，并一直致力于实现各类复杂场景下的去耦技术研究。本期将介绍一种在双极化天线基板底部添加T型微带网络的技术，以提高端口之间的隔离度。该方案结构简单、效果显著，适用于大规模高性能天线的设计。
【经验】法动科技UltraEM®软件中变压器参数化模型的使用流程
本文介绍了法动UltraEM®软件中变压器参数化模型的使用流程。编写好的参数化模型，可作为自定义库单元导入到UltraEM®软件中进行使用，不受限于工艺，大大减少了工程师版图设计的工作量。
2.4G桨式单极天线
描述- 该资料主要介绍了2.4G Paddle Monopole天线的产品特性、规格参数和应用领域。该天线适用于室内和室外应用，具有全2.4G向后兼容性，峰值增益为3.08 dBi，并具备小型化设计。
型号- M02-0600190R0A,FYT-19,M02-0600200R0A
法动科技EDA系列：贴片天线匹配网络解决方案
介绍法动科技贴片天线匹配网络解决方案。
法动科技完成A轮融资，进一步支持法动射频EDA研发，加速5G/6G移动通讯领跑布局
近期，国内射频EDA领先企业杭州法动科技有限公司宣布完成数千万元A轮融资。本轮融资由泰越资本领投，Huashan Capital等跟投。此次融资将进一步支持法动射频EDA的研发，加速其在5G/6G移动通讯、物联网、雷达、卫星通讯等领域的布局。
法动科技贴片天线阵列EDA解决方案
SuperEM可适用于任何贴片天线阵列的完整设计流程，包括从仿真到调试的各个环节。它可以精确地仿真S参数、近场、以及辐射方向图等数据。本案例展示了一个4x4的贴片天线阵列，单元间隔为半波长，工作频率为3.5GHz，仿真结果数据从SuperEM导出。
法动科技EDA系列：信号及电源完整性解决方案
本案例介绍了采用法动科技的SuperEM®对封装及电路板中的信号线仿电磁特性、提取参数，使用FDSPICE®进行时域仿真的流程。软件界面易于上手，可快速完成建模仿真，可满足用户对设计进行信号完整性分析的需求。
法动科技携UltraEM V202007版EDA升级软件出席IME2021第三届西部微波会，自主产权仿真软件获高度认可
2021年6月2日~3日，IME2021第三届西部微波会在成都隆重举行。法动科技携UltraEM V202007版EDA升级软件奔赴新一线城市西部成都出席本届展会。法动科技的创新产品吸引了众多参会嘉宾用户、专家学者和企业家前来交流和洽谈。
法动科技模拟射频无源芯片解决方案
EMOptimizer®是法动科技的射须电路快速设计优化软件，同时EMOptimizer®也是业界首款射频电路快速设计优化软件，该软件将FCl用于电路设计，在保证较高精度的同时，大大提升电路仿真和优化的速度。
电子商城
现货市场
服务
Ignion可支持多协议、宽频段的物联网天线方案设计，协议：Wi-Fi、Bluetooth、UWB、Lora、Zigbee、2G、3G、4G、5G、CBRS、GNSS、GSM、LTE-M、NB-IoT等，频段范围：400MHz~10600MHz。
最小起订量： 2500 提交需求>
可定制波导隔离器频率覆盖5.5GHz~110GHz，插损损低至0.25dB、隔离度、正向方向功率、封装尺寸参数。
最小起订量： 1pcs 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
我要提问
登录 | 立即注册
提交评论