天線互耦表征及去耦方法的研究.pdf

1、一直以來，天線互耦作為天線領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容，備受研究人員的關(guān)注?；ヱ顚?duì)各種無線通信和探測(cè)系統(tǒng)性能的影響不容小覷。例如，互耦會(huì)惡化收發(fā)隔離度、降低系統(tǒng)容量、引入掃描盲點(diǎn)以及影響系統(tǒng)的設(shè)計(jì)精度。因此開展天線互耦問題的研究和探索解決措施具有重要意義和應(yīng)用價(jià)值。本文從天線互耦表征和去耦方法兩方面展開研究，提出了一種基于天線電流分布表征互耦的電流失真參數(shù)，并研究設(shè)計(jì)了基于多種方法的去耦結(jié)構(gòu)。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴提出了一種表征天線互

2、耦的參數(shù)—電流失真參數(shù)。該參數(shù)給出了有無互耦情況下天線電流分布的相對(duì)差異，從而表征了互耦對(duì)電流分布的影響。通常使用散射參數(shù)表征天線互耦，然而該參數(shù)只反映了天線端口的特性，而且端口特性不能完全描述互耦對(duì)天線的影響，這樣就有必要研究表征互耦的其他參數(shù)。由于天線的電流分布同時(shí)決定了其輻射和端口特性，因此電流失真參數(shù)可以評(píng)估互耦對(duì)天線特性的影響。利用偶極子天線間、微帶天線間、縫隙天線間的互耦以及偶極子天線與金屬棒間的耦合等多種計(jì)算實(shí)例，展示了電

3、流失真參數(shù)的特點(diǎn)。它與散射參數(shù)一樣，均可描述天線間互耦的強(qiáng)弱和評(píng)價(jià)去耦結(jié)構(gòu)的性能，但側(cè)重點(diǎn)不同。散射參數(shù)側(cè)重于互耦對(duì)天線端口的作用，而電流失真參數(shù)側(cè)重于互耦對(duì)天線整體電流的影響。在某些情況下，從端口特性看天線互耦較弱，但實(shí)際上互耦對(duì)天線的影響很大，甚至?xí)?dǎo)致方向圖有大的畸變。這樣這些情況下的電流失真參數(shù)可更為準(zhǔn)確地表征互耦的影響。同時(shí)電流失真參數(shù)還可以表征天線對(duì)非自由空間環(huán)境的敏感度。因此電流失真參數(shù)可作為散射參數(shù)的一種補(bǔ)充，用于天線互

4、耦問題的研究。
　?、圃O(shè)計(jì)了多種基于場(chǎng)對(duì)消方法的去耦結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)解決小間距的微帶天線間的互耦問題。這些對(duì)消型去耦結(jié)構(gòu)能夠在天線間施加一種間接耦合場(chǎng)，并使之與原有直接耦合場(chǎng)相對(duì)消，從而實(shí)現(xiàn)互耦的抑制。設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的微帶線去耦結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在天線邊到邊間距僅為0.023λ0時(shí)，隔離度改善了16.7 dB～22.8 dB。設(shè)計(jì)了一種非對(duì)稱共面條帶去耦結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不僅有效地抑制了緊密擺放微帶天線間的互耦，而且解決了去耦結(jié)構(gòu)影響天線

5、輻射性能的問題。還設(shè)計(jì)了一種含開路槽的金屬墻結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)消的同時(shí)，其所具有的金屬墻也可以抑制部分耦合，因此它具有一種混合去耦能力。最后，以微帶線去耦結(jié)構(gòu)為例展示了對(duì)消型結(jié)構(gòu)可用于多元陣列的去耦。
　?、窃O(shè)計(jì)了兩種基于帶阻濾波方法的去耦結(jié)構(gòu)。這兩種帶阻濾波型去耦結(jié)構(gòu)均能夠在微帶天線間的耦合路徑上進(jìn)行濾波，可適用于多種間距的天線間的去耦。所設(shè)計(jì)的半波地槽結(jié)構(gòu)在微帶天線間構(gòu)建了帶阻地平面，以濾除地電流的耦合。該結(jié)構(gòu)的帶阻特性僅

6、由地槽自身的諧振決定。仿真和測(cè)試均表明，該結(jié)構(gòu)能夠滿足多種天線間距下的去耦要求，并且適量地增加地槽數(shù)可以展寬去耦帶寬。設(shè)計(jì)了一種半波地槽的小型化結(jié)構(gòu)一加載過孔墻的階躍阻抗地槽，該結(jié)構(gòu)有效地縮短了半波地槽的物理長(zhǎng)度，同時(shí)較之傳統(tǒng)階躍阻抗結(jié)構(gòu)，該種加載結(jié)構(gòu)占用較小的空間，并取得了更好的去耦效果。以上設(shè)計(jì)的半波地槽及其小型化結(jié)構(gòu)均可方便地用于多元陣列的去耦。
　　⑷提出了一種模式變換去耦方法，并設(shè)計(jì)了此方法的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。不同于場(chǎng)對(duì)消和帶阻