《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》2014年1月刊发表了一项由电子科技大学微波工程系Zengdi Bao、Zaiping Nie和Xianzheng Zong团队完成的原创性研究，题为《A Novel Broadband Dual-Polarization Antenna Utilizing Strong Mutual Coupling》。该研究提出了一种新型宽带双极化天线（dual-polarization antenna），通过创新性地利用强互耦效应（strong mutual coupling），在1.63-2.95 GHz频段内实现了57.6%的阻抗带宽（impedance bandwidth）和高于31 dB的端口隔离度（port-to-port isolation），同时具备低交叉极化（cross polarization）特性。以下为研究的详细报告：
一、研究团队与学术背景
研究团队来自中国电子科技大学（University of Electronic Science and Technology of China, UESTC），论文发表于IEEE天线与传播领域顶级期刊。在无线通信基站天线（base station antenna）设计中，双极化天线需同时满足宽带、高隔离度与低交叉极化的严苛要求，但传统设计（如微带天线或交叉偶极子）存在带宽受限或结构复杂等问题。本研究旨在开发一种结构紧凑、无需阻抗匹配器（impedance transformers）且性能优越的新型天线。
二、研究方法与工作流程
天线结构设计
- 核心创新：采用正交放置的方形环臂偶极子（square-loop shape arms dipoles, SLSAs），通过强互耦效应扩展带宽。两偶极子共享同一介质支撑柱（teflon材质，ε=2.1），并置于金属反射板（reflector）上方以定向辐射。
- 馈电优化：通过调整参数（如相邻臂间距ad、高度差ch等）控制输入阻抗，使其可直接由同轴电缆馈电，省去传统设计中的阻抗变换器。
耦合机制验证
- 对比实验：构建线性极化天线（linear-polarization antenna, LPA，即单偶极子版本）与双极化天线（DPA）。仿真显示，DPA因第二偶极子的寄生效应（parasitic effect）产生额外谐振点，带宽从LPA的窄带扩展至57.6%。
- 隔离度分析：通过HFSS仿真观察到，耦合电流（coupled current vectors, CCV）在第二偶极子上的对称分布导致馈电端口无电压差，从而实现高隔离（>31 dB）。
反射板优化
- 参数权衡：反射板侧壁倾角（rh）影响增益、前后比（front-to-back ratio）与交叉极化。最终选择rh=15 mm，在8.8 dbi增益与25 dB前后比间取得平衡。
加工与测试
- 实测验证：制作原型天线并测试。实测S11与仿真吻合，但隔离度（S21）因加工误差略有下降。辐射方向图在1.65-2.95 GHz内稳定，交叉极化低于-25 dB。
三、关键结果与科学贡献
性能指标
- 带宽：57.6%（1.63-2.95 GHz），VSWR<1.5。
- 隔离度：>31 dB，优于传统交叉偶极子设计。
- 辐射特性：E面与H面半功率波束宽度（3 dB beamwidth）分别为58.1°-72.6°与76.8°-85.5°，交叉极化抑制显著。
理论突破
- 首次系统阐释了强互耦在双极化天线中的双重作用：既扩展带宽（通过引入寄生谐振），又通过对称电流分布维持高隔离。这一发现为后续宽带天线设计提供了新思路。
四、研究亮点与应用价值
方法创新
- 提出“主动互耦”（active mutual coupling）设计，两偶极子互为寄生单元，无需额外被动结构。
- 开发可调阻抗的SLSA结构，简化馈电系统。
工程意义
- 天线结构紧凑（尺寸未明确但强调“simple”），适合基站阵列部署。
- 直接同轴馈电降低制造成本，符合工业标准（如3GPP对基站天线的要求）。
五、结论与展望
该研究通过创新性地利用强互耦效应，解决了双极化天线宽带化与高隔离度的矛盾，其设计方法可推广至其他多频段天线。未来可进一步探索阵列环境下的互耦优化，或将该结构应用于毫米波通信系统。
补充说明：研究中未明确样本量（因属仿真与原型测试），但通过多参数优化（如ad、ch、cr等）确保结果可靠性。实验部分引用Agilent网络分析仪与SATIMO近场测试系统，数据可信度高。