一文详解高隔离度双极化天线技术

0 前言          

在5G和6G无线通信系统中，天线作为接收和发射电磁波的关键部件，在移动通信、军事、航天和导航等领域都扮演着举足轻重的角色。双极化天线因其增加信道容量和对抗多径衰落效应的潜力而被广泛应用于各种系统中。应用双极化天线可以减少基站所需的天线数量，节约天线设计所需的空间资源，并满足人们日益增长的流量需求。在评估双极化天线性能时，端口隔离是一个关键因素。然而，随着新一代通信系统容量的增加、用户数量的增多和耦合场景的复杂化等因素的出现，传统的双极化天线设计难以满足隔离度要求。

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。

1 天线结构

图一展示了所提出的高隔离度双极化天线的结构。与传统天线相比，该天线具有以下几个优点：1）天线基板底部添加T型微带网络几乎不占用额外空间尺寸，可实现紧凑型排布。2）该天线由全金属结构构建，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会影响贴片天线的辐射性能。

图1

2 UltraEM仿真模型图

图2      

3 T型微带网络

图3.T型微带网络（UltraEM版图）

4 去耦原理

改变传输线(z1，e1)的电长度和特性阻抗，可以使自导纳和互导纳的实部分别为Y0和0。通过调节并联T形电路的z2, e2, z3, e3可以消除自导纳和互导纳的虚部，设计公式如（1）-（7）所示。

5 性能对比

图四展示了S参数对比图，由图可见，本文所提出的双极化天线在中心频带2.6GHz附近具有较高的端口隔离度（>40dB）。

图4

图五展示了在馈线上的电流强度对比（UltraEM仿真结果）

图5

图六展示了天线方向图的对比

图6

法动科技：

成立于2017年。作为拥有硅谷及斯坦福创新基因的国际一流团队，我们专业提供射频微波电子设计自动化（EDA）软件，凭借自主研发的大容量、快速三维全波电磁仿真引擎和基于人工智能技术的高效系统级仿真引擎，能够在射频微波芯片、封装、高速PCB等领域为用户提供快速准确的电磁仿真、建模及优化设计方案。

同时，我们可以为包括移动通信、物联网、5G、雷达、卫星通信系统和高速数字设计在内的产品提供高水平设计开发服务。

审核编辑：汤梓红