一种用于ISAC应用的宽带共LP单站STAR天线设计，采用多端口理论

《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》：A Wideband Co-LP Monostatic STAR Antenna Design Using Multiport Theory for ISAC Applications

该研究提出一种共线极化单站同时收发（STAR）天线系统，用于集成传感与通信（ISAC）。通过两端口偶极子对共享辐射体结构，结合多端口网络优化框架和遗传算法，实现高隔离（>40dB）与稳定辐射特性。实测验证其在5G N78频段（3.4-3.8GHz）具有优异自干扰消除（BER≈0.003）和信道能量对比（ΔP=33.2dB）性能，为下一代ISAC系统提供可行解决方案。

　　

摘要：

本文介绍了一种专为集成感知与通信（ISAC）应用设计的全线极化（Co-LP）单站同时收发（STAR）天线系统。该设计采用双端口偶极子对配置，并通过严格的多端口网络框架进行优化。共享辐射器的互连区域被离散化为周期性排列的金属方形贴片，在这些贴片之间插入辅助端口，形成一个n端口网络。通过全波电磁仿真提取阻抗矩阵及相应的电场（E场）数据。系统地定义了目标阻抗和辐射特性，并采用遗传算法（GA）来确定最佳连接拓扑结构。测量结果表明，所提出的STAR天线在5G N78频段（3.4–3.8 GHz）内的收发隔离度超过40 dB，同时保持了稳定的侧向辐射模式。此外，集成系统级的ISAC评估证实了其出色的自干扰消除（SIC）性能，实现了可靠的通信[比特误码率（BER）约为0.003，以及高效的感知效果（平均信道能量对比度ΔP = 33.2 dB）。这些成果验证了该天线在下一代ISAC系统中的实用性和高性能。

引言

无线通信网络的发展速度超过了可用频谱的增长速度。4G系统中的传统半双工技术（如时分双工（TDD）和频分双工（FDD）无法满足第五代（5G）及5G-Advanced（5G-A）网络的数据需求。带内全双工（IBFD）通信或同时收发（STAR）技术能够在同一频率下实现传输和接收，理论上可将频谱效率提高一倍[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。然而，发射链路（TX）和接收链路（RX）之间的强自干扰（SI）会严重削弱接收信号，从而降低性能。因此，实现高水平的自干扰消除（SIC）至关重要，通常需要超过110 dB的抑制效果。如图1所示，数字域、射频域和天线域中的多种SIC技术通常会结合使用以达到最佳抑制效果[7]、[8]、[9]。图1.

ISAC场景中单站全线极化（Co-LP）STAR天线的概念性实现。