多波束阵列天线单元互耦效应分析

互耦效应导致阵列天线单元间耦合能量的矢量和随扫描角而变化，在特定频率和方向上可能产生较大的功率反射，并且引起方向图出现虚假波瓣。运用散射参数法对阵列天线单元互耦效应进行理论分析。阐述了其对天线性能的影响，提出了各种指标的实验测试方法。     

天线互耦对MIMO无线信道性能的影响

基于多天线系统等效网络模型,导出通用耦合系数矩阵,进一步推导天线单元平均接收功率以及空域相关系数的解析式,分析互耦对平均接收功率以及互耦与平均到达角对MIMO无线信道空域相关性及其容量的影响,并给出互耦无影响与天线单元功率平衡以及互耦解相关的条件,最后给出一些数值结果以指导MIMO多天线设计.     

互耦对微带阵列天线特性影响的分析

运用贴片表面电流模型及其分层介质中的并矢格林函数研究了互耦对微带阵列天线特性的影响。其结果包括阵列单元的输入阻抗、空间波辐射效率、方向性系数和辐射方向图等。     

阵列天线互耦补偿技术研究

分析阵列天线的互耦机理,利用电磁散射理论研究阵列天线的散射特性,得到阵列天线的散射矩阵,并根据散射矩阵中的实际物理意义,将矩阵进行分解,推导出阵列天线的互耦补偿公式,避免了复杂的计算,并在实际测试数据的基础上,利用提出的算法进行互耦补偿,验证了该算法的有效性。     

互耦效应对超大规模MIMO天线系统信道容量的影响

超大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)天线系统是6G的关键技术,由于天线单元间距很小,多个天线单元的互耦效应是影响其性能的因素之一。建立了基于石墨烯基贴片天线阵列-子阵列架构的超大规模MIMO天线系统,推导出了互耦效应影响下的信道容量表达式。通过电磁场数值计算仿真了超大规模MIMO天线系统的信道容量,结果表明,在不考虑互耦效应时,超大规模MIMO天线系统的信道容量与子阵列天线单元数、子阵列数以及发射机功率正相关;在互耦效应的影响下,系统的信道容量降低,互耦效应的强弱与子阵列天线单元的间距有关,天线单元间间距越小,相邻天线间的互耦效应越明显,系统的信道容量越小。该仿真结果可以为6G中超大规模MIMO天线系统的设计提供参考。     

天线阵列方位对MIMO无线信道性能的影响

分析收发天线阵列的方位对MIMO无线信道的空域相关性及其容量的影响,得出在散射信号角度扩展较小时,这种影响不容忽视,为得到更大的信道容量,应使阵列法线尽可能指向来波/去波平均方向.数值结果证实了天线阵列方位对相关系数的影响,并指出这种影响随天线阵列法线偏离其信号平均方向而增大.仿真结果表明信号角度扩展较小的阵列的方位对信道容量影响更大,增大信号角度扩展可以削弱以至消除这种影响.     

相位加权阵列天线的互耦分析及补偿

采用分段正弦基函数Galerk in法计算了阵列天线的阻抗矩阵,利用互耦阻抗方程分析了相位加权阵列的幅相恶化程度,且用矩量法分析了互耦对两种相对加权阵列天线性能的影响。提出了一种互耦补偿的方法即网络分析法,仿真结果表明了这种补偿方法的正确性和有效性。     

三维空间多天线相关性及互耦影响研究

针对三维传播环境下多天线系统空域相关性评估问题,首先将达波信号二维角度谱建模为更为通用的von Mises-Fisher（vMF）分布,并推导了不同阵列流型天线空域相关系数的解析式和近似表达式;然后分析互耦机理及其对接收信号矢量的影响,据此推导了互耦效应下天线空域相关性的闭式表达式,并给出了存在互耦的相关性与无互耦相关性之间的内在关系.仿真结果表明,本文推导的天线相关性表达式与数值计算结果非常吻合.另外,小角度扩展时,考虑互耦效应的天线空域相关曲线围绕着无互耦时的相关性曲线上下波动,且面型阵列具有更好的抗互耦能力.     

发射阵列互耦校正

该文给出了发射阵列的误差模型和相应的预失真校正方法。根据发射阵列的特点,提出了基于单元方向图法和合成波束法来计算发射互耦矩阵。仿真结果验证了这两种方法的有效性,在有发射噪声时第二种方法的性能要比第一种的好。     

互耦效应对四元方阵天线阵列信道容量的影响

针对目前广泛研究的直线型排布阵列在来波平均到达角较大时信道容量会急剧下降的事实,提出并重点研究一种具空域对称结构的正方形排列四元天线阵列模型。在首先基于天线理论导出阵元耦合阻抗表达式的基础上,详细分析了引入阵列互耦效应后,阵元接收信号空域相关性及多输入多输出（MIMO）信道容量可能会受到的影响,并在来波角谱均匀分布情形下与传统四元直线阵的容量性能作仿真对比。理论分析和计算机数值仿真皆表明：由于空间对称的阵列排布结构导致四元方阵阵元间具有良好的互补性,因此,这种方阵阵列模型具有非常稳定的信道容量,更适合在实际通信环境中使用。     

双散射环境下互耦对多入多出系统容量的影响

研究了双散射环境下互耦效应对多入多出(Multiple Input and Multiple Output,MIMO)系统容量的影响. 在建立多天线系统等效互耦效应网络模型的基础上,推导了互耦效应影响下的空间相关系数和信道容量表达式,仿真了双散射环境下天线阵元互耦对MIMO系统信道容量的影响.     

用于MIMO基站双极化天线设计及阵元互耦分析

利用缝隙耦合技术和双线馈电技术设计出了一种H型缝隙耦合天线。其结构简单,制作容易,成本低廉,并具有高增益、高隔离、双极化的特性,非常适用做MIMO基站端天线。对天线进行了仿真和测试,测试结果与仿真结果吻合良好,在2.11~2.17 GHz所需频段内,实测两端口VSWR均小于1.2,实测水平极化增益为9.2 dBi、垂直极化增益为9.17 dBi、端口隔离度在频段内均低于-40 dB。分析了MIMO系统中天线阵元间的互耦作用,仿真得出基站天线阵最小阵元间距为d=0.86λ,从而为MIMO系统分析相关性提供了参考数据。     

分布式天线系统MIMO信道容量分析

结合了分布式天线系统和MIMO信道特点的分布式MIMO系统可以改善覆盖特性,提高系统容量。提出了包含路径损耗、快衰落和阴影衰落的两层分集分布式MIMO系统。对MIMO信道容量的分析表明,分布式MIMO系统具有良好的信道容量均匀覆盖特性。与传统集中式天线系统相比,分布式MIMO系统可以获得更好的小区平均信道容量。对下行信道容量的数值分析表明,由于“充水”方式功率分配可以充分利用MIMO信道信息,此时的分布式MIMO系统可以比等功率分配条件下的分布式天线系统多获得0.25bit/(s·Hz)每发送天线的信道容量增量。     

Evolutionary optimization for pattern synthesis and reduction of mutual coupling of linear antenna arrays

Optimal design of antenna arrays to minimize the mutual coupling effects in the geometrical arrangements of the linear antenna array (LAA) and circular antenna array (CAA) is dealt with in this work. Two different cases are considered to reduce the effect of LAA and CAA: Case‐1 in which the current excitations of the antenna array are considered to get the optimal radiation pattern of two geometry called LAA and CAA and Case‐2 in which inter‐element spacing and current excitations are both optimized for LAA geometry. A cost function that involves the mutual coupling factor as an optimization factor is developed to reduce the side lobe level (SLL), which takes mutual coupling effects into consideration. Excitation values and inter‐elemental spacing are optimized using particle swarm optimization (PSO). In LAA, for 8‐, 12‐, 16‐element arrays, SLLs are reduced by ?15.52, ?16.71, and ?17.78 dB in Case‐1. For the same sets of element arrays, SLLs were reduced by ?17.35, ?19.71, and ?20.26 dB in Case‐2. In CAA, the current excitations of the antenna array are optimized. For 8‐, 12‐, and 16‐ element arrays, SLLs are reduced to ?7.405, ?10.52, and ?9.43 dB, respectively. The arrays coded with the help of MATLAB based computation and the results obtained by MATLAB are validated by using CST.     

关于MIMO系统的天线子集选择性能的研究

讨论了有关 MIMO 无线系统中的天线子集选择性能的问题。首先建立了 MIMO 信道模型,对信道模型进行了分析,接着对信道矩阵为非满秩的情况进行了研究,分别采用几种组合对发射、接收天线进行选择,得出不同组合对信道容量的影响。仿真结果表明,选择发射天线可以增加信道容量,选择接收天线虽然无助于增加信道容量,但在不会严重降低信道容量的前提下,可以降低系统的成本。     

天线匹配对莱斯信道下紧凑MIMO系统性能的影响

深入研究了存在天线互耦和空间相关时,天线匹配网络对莱斯信道下多输入多输出MIMO系统性能的影响,建立了包含相关莱斯信道、天线互耦和匹配网络的(MIMO)系统模型.通过仿真分析了匹配阻抗、天线互耦、空间相关性以及信道衰落环境对包络相关性和信道容量的影响.实验结果表明:莱斯信道下匹配阻抗对MIMO系统的影响与瑞利信道情况下有所不同,适当地选择天线匹配阻抗可以改善MIMO系统的性能.     

一种应用于无线通信系统的MIMO天线

MIMO系统是通过不同的分集技术,以实现在相同带宽和发射功率的条件下大幅改善系统容量和可靠性,减小信道失真。作为系统关键模块之一的天线,则要求有着好的分集特性,并接收较多的这波。这里提出的MIMO天线工作在2．4GHz,天线单元是等边三角形贴片天线。三角形天线的宽波瓣可以使MIMO天线接收更丰富的多径这波,与天线单元的高增益相结合能较好改善MIMO系统的SNR和抗干扰能力。通过对天线端口间的互耦和相关性分析,该系统能实现好的极化和方向图分集,获得高的分集增益。     

Effect of Signal and Noise Mutual Coupling on MIMO Channel Capacity

In this paper we analyze the impact of mutual coupling on MIMO channel capacity, considering its effect on both signal and thermal noise. We calculate noise correlation matrix in the multi-antenna system with closely spaced antenna by applying Nyquist’s thermal noise theorem. Then, we employ the noise correlation matrix in the channel capacity formula, which enables the identification of thermal noise correlation contribution on the MIMO channel capacity. In addition, we examine the variations in the mean branch signal-to-noise ratios (SNR) due to the noise correlation. Our simulation results corroborate the theoretical analysis that mean and outage MIMO channel capacity is underestimated if noise correlation due to mutual coupling effect is not accounted for.