【摘要】：當(dāng)前,4G(第四代移動通信系統(tǒng))已大規(guī)模商用,5G的研究也正在如火如荼地開展。移動通信用戶數(shù)和業(yè)務(wù)量的日益增長與基站站址資源緊張的矛盾,始終貫穿于移動通信系統(tǒng)長期演進的整個過程。當(dāng)今的2G、3G、4G系統(tǒng)長期并存使用,如何在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中讓天線發(fā)揮更好的作用至關(guān)重要。其中,多波束天線在緩解站址資源和提高系統(tǒng)容量方面極具優(yōu)勢,具有很好的應(yīng)用前景和研究意義�；谏鲜霰尘�,本文從實際出發(fā),在移動通信領(lǐng)域展開了對多波束基站天線的應(yīng)用研究與設(shè)計。首先,本文對多波束天線技術(shù)的研究進展作出概述,對比分析了實現(xiàn)天線多波束的各種關(guān)鍵技術(shù)。在此基礎(chǔ)上,優(yōu)選出Butler矩陣多波束形成網(wǎng)絡(luò)作為本文設(shè)計多波束天線的主要技術(shù);隨后,結(jié)合目前移動通信業(yè)務(wù)的實際需求,擬定本文的研究設(shè)計主體為五波束基站天線,并對其基本原理作了歸納分析,為下一步的研究設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。接著,本文對工作頻段為1710MHz-2170MHz(適用于在網(wǎng)主流應(yīng)用的2G、3G頻段)的五波束基站天線進行了研究設(shè)計。內(nèi)容包括:1)研究分析五波束基站天線陣列的組陣形式:通過理論計算和仿真對比確定了水平面和垂直面的組陣參數(shù),由此組成一個6x10規(guī)模的天線陣列,并進一步優(yōu)化了組陣形式,獲得了更好的輻射性能;2)依據(jù)天線的組陣形式,提出了一種可實現(xiàn)天線水平面波束賦形的5x10 Butler矩陣設(shè)計方法。5x10 Butler矩陣可由一個5x6Butler矩陣和兩個相同的3x5Butler矩陣級聯(lián)而成。在設(shè)計方案中,創(chuàng)新性地設(shè)計了兩種具有不同拓撲結(jié)構(gòu)的正交3x3 Butler矩陣:定向耦合器形式3x3 Butler矩陣和混合網(wǎng)絡(luò)形式3x3 Butler矩陣;3)優(yōu)選創(chuàng)新形式的定向耦合器3x3Butler矩陣,將其拓展成3x5 Butler矩陣后,配套設(shè)計出一種5x6 Butler矩陣。前述兩種矩陣組合成的5x10 Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)可使天線在水平面同時輻射出五個按需指向的子波束;4)為實現(xiàn)五波束基站天線的垂直面波束賦形,設(shè)計了一種一分六功分網(wǎng)絡(luò),使天線的垂直面方向圖實現(xiàn)了預(yù)置的下傾角,同時保持較低的副瓣水平。最后,在上述5x6 Butler矩陣、3x5 Butler矩陣、一分六功分網(wǎng)絡(luò)和天線陣列的基礎(chǔ)上制作了天線,樣機的實測指標(biāo)與仿真結(jié)果吻合,達到了設(shè)計要求并滿足實際應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN828.6
【圖文】：

1.2.1 多波束天線技術(shù)的研究與進展1. 多波束透鏡天線基于光學(xué)原理，透鏡可以校正發(fā)散的能量并轉(zhuǎn)化為平面波。透鏡天線則是利用該原理通過透鏡改變饋源的相位分布以改善輻射性能。布置多個饋源可使天線同時輻射出多個波束[3]。透鏡天線最突出的寬頻帶，寬角掃描的特點使其很好地應(yīng)用于衛(wèi)星通信、衛(wèi)星跟蹤、射電天文、雷達系統(tǒng)等軍事及民用領(lǐng)域。國外對多波束透鏡天線的研究較為成熟，文獻[4]展示了基于 Teflon 透鏡設(shè)計的三十三波束透鏡天線；文獻[5]也分享了加拿大學(xué)者基于 Luneberg 透鏡研發(fā)出的多波束柱面透鏡天線，可應(yīng)用于雷達系統(tǒng)當(dāng)中；文獻[6]則列舉了數(shù)個多波束透鏡天線的應(yīng)用實例，比如俄羅斯在龍伯透鏡天線上布置多個饋源實現(xiàn)衛(wèi)星跟蹤，日本住友電氣研發(fā)的新型測風(fēng)雷達，澳洲正籌建的射電天文望遠鏡等。圖 1-1 展示了其中的兩個應(yīng)用實例，這正是體現(xiàn)出多波束透鏡天線在軍事及民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

相控陣天線大都用于雷達系統(tǒng)。隨著微波集成電路技術(shù)的研究發(fā)展，相控陣天線才拓展到星載天線等領(lǐng)域。于1998年和2010年相繼發(fā)射的Globalstar-1、Globalstar-2星座衛(wèi)星均是采用模擬波束形成技術(shù)實現(xiàn)的[17,18]。至于數(shù)字波束形成技術(shù)則是在第三代衛(wèi)星通信時期開始受到越來多的重視，如于 2008 年和 215 年相繼發(fā)射 Thuraya-3 衛(wèi)星、Mexsa 衛(wèi)星等[19]。在衛(wèi)星通信領(lǐng)域，為了適應(yīng)未來高容量需求，數(shù)字波束形成技術(shù)將漸漸取代模擬波束形成技術(shù)。但是，在移動通信基站天線這一應(yīng)用領(lǐng)域，考慮到需求、造價成本和工藝等因素，模擬波束形成技術(shù)反而更為合適。隨著 Butler 矩陣、Nolen 矩陣和 Blass 矩陣等模擬波束形成技術(shù)研究的逐步深入，基于 Butler 矩陣等形式設(shè)計的多波束基站天線也日益增多。美國的 CommScope 公司，國內(nèi)的 Comba、BroadRadio 等公司也都相繼推出了多款基于 Butler 矩陣設(shè)計的多波束基站天線[20,21]，見圖 1-2。目前，多波束基站天線產(chǎn)品已成為移動通信領(lǐng)域中不可或缺的產(chǎn)品之一。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 欒帥;張濤;許s

本文編號：2722419