發(fā)布時間：2020-06-19 18:33

【摘要】：隨著無線移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展,促使移動通信設(shè)備向著寬頻帶、小型化、集成化和智能化的方向發(fā)展。天線作為移動通信系統(tǒng)的前端部分,其電氣性能的優(yōu)劣直接影響著整個通信系統(tǒng)的工作性能。因此,開發(fā)出具有優(yōu)越電性能的天線具有十分重要的意義。本文結(jié)合工程項目和當(dāng)今天天線的研究熱點,利用ANSYS HFSS高頻仿真軟件,對利用對稱Γ形結(jié)構(gòu)饋電的低剖面寬帶全向天線、改進(jìn)型彎折線巴倫饋電的寬帶定向天線和寬帶陣列天線小型化技術(shù)展開了研究。作者對上述天線進(jìn)行了加工、測試,驗證了技術(shù)方案的可行性和仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文的研究內(nèi)容主要包含以下幾個方面:1.新型Γ形結(jié)構(gòu)饋電的低剖面寬帶全向天線研究。針對現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)的發(fā)展需求,筆者設(shè)計了幾款新型Γ形結(jié)構(gòu)饋電的低剖面寬帶全向天線:對稱Γ形饋電結(jié)構(gòu)中加載四分之一波長支節(jié)的寬帶全向天線、內(nèi)置饋電耦合匹配器的寬帶全向天線、共面耦合寄生電容加載寬帶全向天線。a)對稱Γ形饋電結(jié)構(gòu)中加載四分之一波長支節(jié)的寬帶全向天線設(shè)計:首先,引入Γ形饋電結(jié)構(gòu),獲得了具有低剖面特性的天線。并且利用對稱的Γ形饋電結(jié)構(gòu)饋電,可以有效的抑制輻射體橫向電流的雜散輻射,從而降低天線的交叉極化電平。其次,在對稱Γ形結(jié)構(gòu)饋電結(jié)構(gòu)的上引入一對四分之一波長阻抗匹配支節(jié),使得天線的阻抗帶寬獲得了極大的展寬。最后,利用短路針將輻射貼片的四個引腳和與金屬底板短路連接,降低了天線的諧振頻率,從而獲得了一款小型化的寬帶低剖面全向天線。b)內(nèi)置饋電耦合匹配器的寬帶全向天線設(shè)計:首先,采用饋電結(jié)構(gòu)上內(nèi)置耦合線的方法,改善了饋電端口的阻抗匹配,拓展了天線的工作帶寬。其次,利用對稱的Γ形饋電結(jié)構(gòu)確保了寬頻帶內(nèi)輻射方向圖的穩(wěn)定性和天線的極化純度。此外,利用輻射體邊緣處多短路柱加載的方法,獲得了尺寸較小的寬帶全向天線。c)共面耦合寄生元件加載的寬帶低剖面全向天線設(shè)計:在本節(jié)中首先引入了一種具有低剖面特性的Γ形饋電結(jié)構(gòu),并利用“L”形阻抗線與Γ形結(jié)構(gòu)相結(jié)合,展寬了天線的阻抗帶寬。其次,在Γ形結(jié)構(gòu)平面上引入了共面耦合寄生元件。共面耦合寄生元件的引入,不僅可以存儲能量、消除天線水平平面內(nèi)電流的橫向輻射場,從而實現(xiàn)了天線的垂直極化全向輻射和提高天線的極化純度,并且引入了額外的諧振,使得天線阻抗帶寬獲得了顯著增強(qiáng)。d)基于緊耦合技術(shù)的低剖面寬帶全向天線設(shè)計。為了獲得具有低剖面高度的天線,將單極子天線折疊90°形成Γ形單極子天線。同時,利用陣列天線的緊耦合技術(shù),將相鄰的Γ形單極子天線沿環(huán)形緊密排列組成環(huán)形陣列天線,則該環(huán)形緊耦合陣列獲得了較寬的阻抗帶寬和方位面內(nèi)穩(wěn)定的全向輻射方向圖特性。并設(shè)計了一款一分六饋電網(wǎng)絡(luò)為該環(huán)形緊耦合陣列天線饋電。2.基于改進(jìn)型彎折線巴倫饋電的寬帶定向天線。針對現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)中寬頻帶天線的應(yīng)用需求,本文設(shè)計了三款寬頻帶定向天線:彎折線巴倫饋電寬帶折合振子天線,對稱雙元折合振子天線和短路探針加載的對稱雙環(huán)天線。a)彎折線巴倫饋電寬帶折合振子天線:利用階梯狀彎折線巴倫結(jié)構(gòu)對具有高阻抗特性折合振子天線饋電,有效的拓展了天線的阻抗帶寬,使得天線達(dá)到了 43.9%的阻抗帶寬。b)對稱雙元折合振子天線:本節(jié)從降低折合振子天線交叉極化出發(fā),將兩個相同的折合振子并聯(lián),得到了一款具有對稱特性的雙元折合振子天線。同時,由于雙元折合振子天線對等幅同相饋電和雙元天線的對稱特性,使得輻射貼片表面的橫向表面電流等幅反相,其在遠(yuǎn)場的雜散輻射則彼此相互抑制,因此獲得了一款具有寬頻帶、低交叉極化特性的雙元折合振子天線。c)短路探針加載的對稱雙環(huán)天線:首先,設(shè)計了一種對稱雙環(huán)結(jié)構(gòu)輻射貼片。將彎折饋電巴倫和雙環(huán)輻射體結(jié)構(gòu)相結(jié)合,并采用等幅同相的雙模饋電,不僅展寬了天線的阻抗帶寬,而且極大的降低了天線的交叉極化電平。其次,利用輻射貼片中心線加載短路探針的方法,使得輻射體中心線上的表面電流強(qiáng)度顯著增強(qiáng),從而獲得了一款具有寬頻帶、低交叉極化和高增益的寬帶定向天線。3.寬帶陣列天線小型化技術(shù)研究�；诰o耦合技術(shù)的陣列天線設(shè)計方法,本文設(shè)計了小型化的寬帶陣列天線。a)互補(bǔ)式耦合饋電貼片天線設(shè)計:從寬帶定向天線設(shè)計出發(fā),利用縫隙耦合技術(shù)設(shè)計了一種具有差分饋電特性的寬帶功分器,并通過饋電探針對輻射貼片進(jìn)行差分饋電。因此,獲得了一款具有寬頻帶、低交叉極化特性的定向輻射天線。b)設(shè)計了一種±45°雙極化調(diào)諧環(huán)路饋電雙極化貼片天線單元。該天線由輻射貼片和饋電環(huán)路組成。貼片可以看作是一個并聯(lián)的RLC諧振電路(R代表輻射電阻,L代表電感,C代表電容),而調(diào)諧環(huán)路可以近似表示為串聯(lián)諧振器。采用具有多階匹配特性的調(diào)諧環(huán)路,可以有效的擴(kuò)展天線的阻抗帶寬。通過調(diào)諧環(huán)路將信號輸送到耦合縫隙,并利用耦合縫隙形成互補(bǔ)式的磁電耦合饋電,從而獲得了良好的差分饋電模式。同時,將兩個調(diào)諧環(huán)路耦合饋電結(jié)構(gòu)正交擺放,通過磁電耦合的方式為輻射體饋電,從而獲得了一款±45°雙極化天線單元。c)設(shè)計了一款1×10小型化寬帶線性陣列天線。首先,研究了陣列天線的基本原理和設(shè)計方法,利用陣元間的互耦效應(yīng),通過高頻仿真軟件Ansys HFSS對陣元間距進(jìn)行了仿真優(yōu)化,獲得一個僅占傳統(tǒng)陣列長度71%的寬帶小型化線陣。d)4×10寬帶平面陣列天線設(shè)計。以10單元線陣為陣列天線單元,設(shè)計了一款8通道±45°雙極化寬帶平面陣列天線。與傳統(tǒng)的陣列天線相比較,利用陣元間的互耦效應(yīng)設(shè)計的平面陣列天線尺寸(長L=705mm,寬w=285mm,高H=25mm)縮小了約53.4%。電性能實測值滿足基站天線指標(biāo)要求,具有很好的商用價值。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN828.6
【圖文】：

邐＜ｂ）逡逑圖１．１文獻(xiàn)［２５］中的天線邐圖１＿２文獻(xiàn)［２６］中的天線逡逑＾ｍ邐？．邐ｒｐｉ逡逑ｊ邐ｒ＼逡逑：邋．．，邐＿ｐｐ￣逡逑？卜丨ｒ丨ｉ：邐ｉ邐．逡逑亡＇ｉ，一＿邋ｒ－＾ＪＬ＾邐＾邐山ＪＶ逡逑「爆邐ｈ邋Ｊ邐＼邋＼ｌ逡逑：々：ＴＴ’邐N逡逑邐，｜逡逑（？）邋＜？＊）逡逑圖１．３文獻(xiàn)［２７］中的天線邐圖１．４文獻(xiàn)［２８］中的天線逡逑如圖１．５所示，文獻(xiàn)［３０］中給出了一種立體結(jié)構(gòu)的寬帶全向天線。該天線利用Ｌ逡逑型探針耦合饋電產(chǎn)生的容抗抵消了天線自身產(chǎn)生的感性效應(yīng)。因此，該天線可以在較逡逑寬的工作頻帶內(nèi)保持良好的阻抗匹配特性。文獻(xiàn)［３１］中提出了一種基于ＣＰＷ饋電結(jié)逡逑構(gòu)的寬帶全向天線。如圖１．６所示，將印刷于介質(zhì)板上的饋電線與其一側(cè)金屬地短路逡逑連接，并通過修正饋電末端短路位置，極大的改善了天線的阻抗帶寬。雖然通過改進(jìn)逡逑的單極子天線獲得了較低的剖面高度和較寬的工作帶寬

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【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 段鶴;;電偶極子模型及其應(yīng)用[J];齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年02期

本文編號：2721181