【摘要】：基站天線作為無線移動通信中連接用戶通訊的橋梁,通過信息交換和處理中心,實現(xiàn)各種通訊終端之間的信息發(fā)送和接收,是移動通信系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分。第四代移動通信大規(guī)模商用的實際經(jīng)驗以及第五代移動通信如火如荼的開發(fā)測試都表明,基站天線越來越成為制約系統(tǒng)性能的瓶頸。在新一代無線移動通信的關(guān)鍵技術(shù)中,亟待解決的與基站天線相關(guān)的難點和挑戰(zhàn),主要表現(xiàn)為:在保持天線小型化的同時,擴展頻帶,實現(xiàn)多種通信制式的兼容;提高隔離度,實現(xiàn)同頻同時全雙工;抑制多輸入多輸出系統(tǒng)中陣列天線單元之間表面波的傳輸,減小無線通信信道的相關(guān)性,從而實現(xiàn)良好的抗多徑干擾效應,增加通信容量;改善無線同頻接入/回傳系統(tǒng)中收發(fā)天線陣列間輻射場的互耦,縮小系統(tǒng)尺寸,避免產(chǎn)生自激,填補覆蓋盲區(qū)從而提高通信網(wǎng)絡(luò)的衍射覆蓋能力。新一代無線移動通信基站天線關(guān)鍵技術(shù)的突破不僅包含無限的商業(yè)價值,也是天線領(lǐng)域的前沿技術(shù)之一,充滿巨大的學術(shù)價值,尤其是極高隔離度和去耦合技術(shù)的研究。基于多頻帶/寬頻帶天線和人工超材料的相關(guān)基礎(chǔ)理論,本文重點研究了以下四個方面:多頻帶小型化天線的設(shè)計、寬帶極高隔離度天線的設(shè)計、多輸入多輸出天線陣中天線單元去耦合結(jié)構(gòu)的設(shè)計和應用于無線中繼系統(tǒng)的電磁隔離結(jié)構(gòu)的設(shè)計。論文的主要內(nèi)容和研究工作概述如下:1.論文緒論首先介紹了新一代無線移動通信系統(tǒng)的研究背景和發(fā)展趨勢。之后,回顧了新一代無線移動通信基站天線關(guān)鍵技術(shù)的國內(nèi)外研究動態(tài),主要從移動通信基站天線、人工超材料和自干擾信號對消技術(shù)這三個方面進行介紹。根據(jù)博士期間具體的研究項目,歸納總結(jié)了本文的主要創(chuàng)新點,并介紹了全文的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排。2.低剖面雙頻雙極化天線陣及饋電網(wǎng)絡(luò)一體化的設(shè)計首先,針對微帶天線及饋電網(wǎng)絡(luò)進行了理論分析,并介紹了矩形微帶貼片、圓形微帶貼片、微帶功分器和微帶定向耦合器的一般性設(shè)計方法。之后,針對工作于4G FDD-LTE頻段1的小型化低剖面微基站天線陣,提出了一種小型化的雙頻帶雙極化天線。該天線由一種作為寄生單元的圓形貼片和一種作為主輻射單元的準十字槽圓形貼片組成。這兩種貼片分別印刷于上下兩層介質(zhì)基板上。通過印刷電路板上的金屬過孔對天線進行饋電,實現(xiàn)了良好的阻抗匹配、端口隔離度和穩(wěn)定的輻射方向圖。將該天線單元組成2×2天線陣,并提出了一種簡單的無源饋電網(wǎng)絡(luò)。通過該網(wǎng)絡(luò),能夠容易地調(diào)節(jié)天線陣列的輸入幅度和相位。該無源電路由四組T型功分器和兩組正交定向耦合器組成。通過控制饋電端口的相位差,可以實現(xiàn)對陣列方向圖波瓣寬度的調(diào)節(jié),實現(xiàn)波束賦形。仿真設(shè)計和實驗測試驗證了該設(shè)計方案的可行性。3.寬帶雙極化極高隔離度磁耦合饋電微帶天線的設(shè)計針對工作于WIFI、4G FDD-LTE頻段7、4G TDD-LTE頻段38的低剖面寬帶極高隔離度全雙工微基站天線,提出了一種新型的磁耦合饋電結(jié)構(gòu)的雙極化微帶天線。該天線的輻射單元采用了一種簡單的矩形微帶貼片。饋電結(jié)構(gòu)印刷于兩張垂直放置介質(zhì)基板的兩面,包含一個金屬開口環(huán)、一個類金屬開口環(huán)和一對開路傳輸線。該新型磁耦合饋電結(jié)構(gòu)以磁耦合的方式對矩形微帶貼片進行激勵,在20%的相對阻抗帶寬范圍內(nèi),不僅實現(xiàn)了駐波比小于1.5的良好阻抗匹配特性,而且也保證了45dB的極高隔離度。仿真和實測結(jié)果十分吻合,并針對實測隔離度的誤差進行了理論分析。4.新型人工周期結(jié)構(gòu)和無源對消饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計針對分別工作于4G FDD-LTE頻段7、4G TDD-LTE頻段38的極高隔離度MIMO天線陣和小型化超高隔離度微基站天線,基于上述磁耦合饋電天線,分別提出了一種新型人工周期結(jié)構(gòu)和一種無源對消饋電網(wǎng)絡(luò),進一步提高端口隔離度。針對該新型人工周期結(jié)構(gòu)和無源對消饋電網(wǎng)絡(luò),進行了加工測試,測試結(jié)果表明隔離度增強效果良好。5.用于無線Relay天線陣去互耦的超材料表面背腔的設(shè)計首先,對于人工超材料的原理和主要仿真方法進行了介紹和歸納總結(jié)。針對工作于4G FDD-LTE頻段7、4G TDD-LTE頻段38的小型化低剖面無線同頻接入/回傳基站天線陣,基于上述準十字槽天線,提出了一種新型的超材料表面背腔。該結(jié)構(gòu)主要是由一對頻率選擇表面和一對負折射媒質(zhì)組成,再與金屬反射板一起,形成一個包圍天線的開放式腔體,從而實現(xiàn)天線單元各端口去耦合的效應。鑒于該超材料表面背腔良好的去耦合效果,將其進行再設(shè)計并應用于2×4的回傳天線陣。仿真和實測結(jié)果表明,該超材料表面背腔不僅可以抑制同極化端口的電磁耦合,而且還能夠抑制交叉極化端口的電磁耦合。
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【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN828.6

【參考文獻】

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本文編號：2421516