アンテナ配列は、現代のワイヤレス通信に根本的であり、ビームフォーミング、空間多様性、および高利な信号伝送を可能にします。 スペースが制約されるアプリケーションでは、スマートフォン、IoTデバイス、衛星端末などの機能が不可欠です。 しかし、アンテナ要素間の間隔を縮小すると、相互の結合として知られている重要な電磁的相互作用が導入されます。 この現象は、厳しい配列のパフォーマンス、放射線パターンの変更、インピーダンスマッチング、およびシステム全体の効率を低下させる可能性があります。 相互の結合の理解の下では、次の戦略を適用し、次の5つの戦略を設計します。

アンテナ配列と相互カップリングの基礎

基本配列理論

アンテナ配列は、目的の放射線パターンを生成するために配置された複数の放射状要素で構成されます。各要素の励起の振幅と相続を制御することにより、配列は、配列は、電子的にビームをスタイリングし、指向性を高め、干渉を抑制することができます。理想的な配列要素は、各要素が独立して放射するという仮定で計算されます。要素が密接に間隔をあたって、その要素が分解されます。コンパクトな配列では、隣接する要素の要素に存在する1つの要素の電磁界が、そのパターンを効果的に変形させ、パターンを効果的に変更します。

相互カップリング機構

相互カップリングは、アンテナ間の近接フィールド相互作用から生じる。要素が駆動されると、それは隣接する要素、誘発電圧および流れを妨げる電気および磁場を発生させます。これらの二次ソースは、元のフィールド分布を打ち込む、再発します。カップリングの強さは、要素間の距離に依存し、アンテナの方向、および基質特性。エレメント間隔の半分未満の波長を間隔するコンパクトな配列では、カップリングは重要な要素であり、対物的要素が交差する場合には、その対物が交差するかどうかを無視します。

Array のパフォーマンスに関する詳細な効果

放射線パターン歪み

相互結合は要素パターンの倍率そして段階を歪めます。理想的な配列では、合計パターンは要素パターンおよび配列の要因のプロダクトです。カップリングはビーム スパンコール、高められたサイドローブのレベルおよびnullの詰物に導くすべての要素の励起の状態によって、決まりますパターン変化をもたらします。フェーズされた配列のために、これは意図された方向から移る主要なビームを引き起こします、衛星の追跡および引き起こすターゲット頻度はより近い先を回る傾向がある。

入力インピーダンスおよび一致

各アンテナ要素の入力インピーダンスは、隣人の存在によって変更されます。 相まって配列では、ポートで見られるインピーダンスが相互インピーダンスからの貢献を含んでいるので、自己インピーダンスの変更。 この不一致は、フィードネットワークからの電力転送を減らし、特にタイトな間隔で配列で重要な反射を引き起こす可能性があります。 アクティブインピーダンス - すべての要素が駆動されるときにインピーダンス - スキャン角度に応じて広く変化し、特定のインフルエンザの角度が、適切なインピーダンスが、適切なインピーダンスが、より広範囲に及ぶ影響を受ける必要があります。

効率および利益の減少

結合された要素に失われたエネルギーは意図された方向に放射しません。代わりに、隣接する負荷でいくつかの電力が散在するか、またはランダムなフェーズで再放射されます。これは、配列の全体的な放射線効率を低下させます。さらに、インピーダンスの不一致は損失を増加させます。結合された効果は、多くの場合、非常に結合された配列でいくつかの解読によって、増加する減少です。コンパクトなMIMOシステムの場合、この効率低下は直接、信号対向の比率とデータを通してデータに影響を与えます。

ビームフォーミングと方向の検索エラー

方向比比(DOA)推定および適応ビームフォーミングアルゴリズムは、すべての角度のステアリングベクトルのセットである配列のマニホールドの正確な知識に依存しています。相互カップリングは、偏角推定と悪い干渉のヌル化につながる、マニホールドを破損する未知のフェーズと振幅のエラーを紹介します。キャリブレーション技術は、部分的にこれらのエラーを修正することができますが、温度、構造振動、または複合機の要素がより大きな要因となるため、時間差のカップリングが、より大きな要因になります。

現代無線システムへの影響

MIMOと5G/6G通信

複数の入力複数の出力(MIMO)システムが空間の多重化を悪用して容量を増やす。 ユーザーのデバイス内のコンパクトなMIMO配列は、アンテナチャネル間の低相関に依存しています。 相互カップリングは、相関性を導入し、独立した空間ストリームの有効数を減らします。 大規模なMIMOの5Gベースステーションでは、数百の要素が小さな領域にパックされます。 カップリングは、ビームフォーミング精度を劣化させ、容量を削減できます。 6Gでは、サブターヘルツのメタフォールトを組み合わせて、さらには、これらの技術がより小さい[F]を切断する機能が、これらの要因は、より小さい[F]を研究対象にするために、以下のもの] LT[F] とすることができます。

レーダーおよびセンシングアプリケーション

自動車レーダー、合成アパーチャレイダー(SAR)、およびフェーズドアレイ気象レーダーは、正確なビームステアリングと低いサイドローブに依存します。 コンパクトなレーダー配列における相互カップリングは、角度推定エラーと誤ったターゲットを引き起こします。 77 GHzで動作する自動車レーダーでは、小型のアンテナ間隔は、バンパーとグリルへの統合に必要なものです。 カップリングは、角度解像度を制限します。 [ - LTRd = および EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL = EVL =

みつわみ技術が拡大

物理分離と基板工学

カップリングを減らすための最も直接的なアプローチは、要素の間隔を増加していますが、これはサイズ制約による不可能です。 エンジニアは、代わりに、高い限界の基質を使用して、効果的な電気距離を縮小しますが、これはカップリングを増加させる表面波を刺激することができます。 定期的な構造を持つ誘電共振器と設計された基質は、表面波を抑制することができます。 一般的な地上面の反対側にアンテナを並べ替えるか、または積み重ねられた構成を使用しても、厚さの増加のコストで分離を改善します。

ネットワークの解読とマッチング

パッシブ・ルーメン・エレメン・ネットワークは、アンテナ・ポート間で相互インピーダンスをキャンセルすることができます。これらのネットワークは、多くの場合、カプド・ラインまたはトランス・トポロジーに基づいて、インサート損失と占有ボード・スペースを追加します。負のインピーダンス・コンバーターを使用してアクティブ・デカップリング・テクニックは、シミュレーションで約束しますが、安定性の問題に苦しむ。狭いバンド・アプリケーションの場合、スタブベースのマッチングは、単一の周波数で相互カップリングを補うことができます。ワイドバンド・デカップリングは、アクティブ・リサーチ・エリア[F]を参照してください。[F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F]] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F]

電磁バンドギャップ(EBG)とメタマテリアル構造

EBG 構造は、表面波の停止バンドを作成する周期的なパターンで、アンテナ間の伝搬からエネルギーを防ぐことができます。配列要素間で EBG セルを配置することにより、放射線パターンに著しく影響することなく、分離が 10–20 dB で改善できます。メタマテリアルインスパイアされたデカプラーは、分割された共振器や補完的な分裂共鳴共鳴器など、サブウェーブレンダクションを提供します。これらの構造は狭帯ですが、周波数を動作させるために調整することができます[F] [F] ガイド: [F] [F] [F] [F] チュートリアル] [F] [F] [F] [F] [F] ] [F] [F] チュートリアル] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F

パラシティック要素を用いた高度な解読

駆動要素の間に配置されたパラシティックアンテナは、中和線として機能し、相続線からエネルギーを結合して相互カップリングをキャンセルすることができます。この技術は、ハンドセットアンテナ分離で共通です。 パラシティック要素は、慎重に、相続周波数で正しいインピーダンスを提示するように設計する必要があります。 機械学習最適化は、最近、マルチバンド配列のためのそのような構造の設計を自動化するために使用されています。

相互カップリングの測定と特徴化

Sパラメータ測定

相互接続は、配列の散乱パラメータによって定量化されます。2つの要素間の結合係数は]]によって与えられる。|S21|[[]]、ベクトルネットワークアナライザ(VNA)で測定されます。 N-element配列では、フルS-matrixは、オフダイヤルとカップリング条件のセルフインピーダンス条件を[FLT:]を帯域に調整します。 [FLTF]は、F]を帯域にするために、 [F]F] および[F] は、 [F] は、 [F] 動作する: [F] は、 [F] と [F] は、 [F] は、 [F] と [F] は、 [F] は、 [F] は、 [F] と [F] は、 [F] の[F] は、 [F] は、 [F] は、 [F] は、 [F] は、 [F] は、 [

相互カップリングの係数および配列の口径測定

Sパラメータを超えて、相互カップリングマトリックス(MCM)は、既知のインシデントフィールドの下で測定された受信信号電圧から抽出されます。このマトリックスは、ビームフォーミングアルゴリズムをキャリブレーションするために使用されます。オープンサーキットの電圧方法や最大尤度アプローチなどの技術は、正確な見積もりを提供します。自動近接スキャンシステムは、配列の絞り、モデル検証の補助をマッピングすることができます。生産配列のために、内蔵のセルフテスト回路測定は、カップリングと適応ビームを調節することができます。

コンテンツ

相互カップリングは、放射線パターン、インピーダンスマッチング、効率性、およびシステムレベルのパフォーマンスをワイヤレス通信、レーダー、センシングに直接影響するコンパクトなアンテナ配列の相互の不必要な現象です。 テクノロジーの傾向がより高い周波数、より小さいフォーム要因、および大規模なMIMO構成に向けるにつれて、相互の結合によって構成される課題は、より急性になります。 エンジニアは、物理的な設計、デカップリングネットワーク、メタマテリアル構造、およびデジタルキャリブレーションの組み合わせを、次世代の自動車を自動で使用し、次の動作を継続することができないために使用する必要があります。