一种低复杂度紧凑双极化贴片天线，适用于带内全双工应用，具备高隔离与低交叉极化

为什么更好的天线对日常无线通信很重要

智能手机、家庭 Wi‑Fi 路由器和未来的 6G 设备都在争夺同样有限的频谱资源。一种有前景的提升频谱利用率的方式是让设备在同一频率上同时发射和接收，这种模式称为带内全双工。但要在实际中实现这一点，设备内的小型天线必须防止其发射信号淹没接收信号。本文提出了一种新的紧凑天线设计，使用简单的结构来应对这一挑战，能适合现代无线产品的内部空间。

在拥挤的无线频谱中腾出空间

传统无线系统通过在时间或频率上分离发射和接收信号来避免自干扰，这实际上将潜在数据速率减半。全双工系统旨在通过让两向在同一信道共享来将效率加倍。问题在于发射端强大的信号会泄漏到接收路径，淹没来自链路另一端的微弱信号。部分解决方案依赖于巧妙的电子与信号处理，但天线本身也必须在保持小型和易制造的同时，使两条信号路径尽可能独立。

两个信号，一个微小的辐射体

作者在一种常见元件——微带贴片天线的基础上改进，贴片天线基本上是在电路板上印制的薄金属矩形。他们首先提出一种单极化的“微型化”版本，通过窄缝和金属通孔（vias）在贴片内部增加额外的电能存储，即电容。这种内部加载使天线在不增大尺寸的情况下在更低频率发生谐振，将其边长缩小到在 5.6 GHz 时仅为 0.18 波长——足以用于紧凑设备。重要的是，馈电和形状的设计还使得不期望的极化（电磁波在错误方向的振动分量）比主信号低超过 40 分贝，远优于传统贴片。

新结构如何驯服干扰

为了将微型化贴片变成能够处理两条独立信号路径的双极化辐射体，研究团队从两个互相垂直的方向对同一方形贴片进行馈电，并在其表面切开对角缝。这些缝与先前的窄缝和通孔一起引入额外电容并塑造电流在金属表面的流动方式。仿真和实验室测量表明，这种精心设计的电流分布使两种极化之间保持强烈分离。在 5.53 至 5.62 GHz 的工作带内，从一个端口泄漏到另一个端口的能量比主信号低 38–40 分贝以上，意味着发射和接收路径几乎“看不见”彼此，尽管它们共享同一辐射体。

在真实频段中的性能

该天线在单层标准基板上制造，并使用网络分析仪和空中测量系统进行了测试。它覆盖了以 5.6 GHz 为中心的 90 MHz 频带，能舒适地位于 5 GHz Wi‑Fi 频谱内，并足够宽以承载典型的 20–80 MHz Wi‑Fi 信道。在该频段内，两个端口匹配良好，主瓣增益峰值约为 4.3 dBi，辐射效率保持在 70% 以上，对于如此紧凑的设计而言这些参数都令人满意。一个称为包络相关系数（ENVC）的指标用来衡量两个端口的独立性，在整个频带内低于 0.05，表明两种极化可作为高质量的分集或 MIMO 通道。

这对未来无线设备意味着什么

通过将紧凑尺寸、简单的单层结构、非常低的非期望极化以及两端口之间极高的隔离相结合，这种天线在性能与可制造性之间取得了实用的平衡。与文献中其他紧凑双极化设计相比，它在不采用叠层、笨重的解耦网络或复杂馈电结构的情况下实现了更好的隔离和更纯净的极化。对普通读者来说，结论是：这类辐射体可以帮助未来的 Wi‑Fi 和其他无线设备在同一信道上同时发送和接收，从而在不需更多频谱或设备内部空间的情况下提升速度与可靠性。

引用: Tran-Huy, H., Hoang-Thu, T., Le-Tuan, T. et al. A low-complexity compact dual-polarized patch antenna with high isolation and low cross-polarization for in-band full-duplex applications. Sci Rep 16, 10761 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45635-6

关键词: 全双工无线, 双极化天线, 紧凑贴片天线, 5 GHz Wi‑Fi, 自干扰抑制