發(fā)布時間：2020-06-19 18:33

【摘要】：隨著無線移動通信技術的不斷發(fā)展,促使移動通信設備向著寬頻帶、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。本文結合工程項目和當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形結構饋電的低剖面寬帶全向天線、改進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展開了研究。作者對上述天線進行了加工、測試,驗證了技術方案的可行性和仿真結果的準確性。本文的研究內容主要包含以下幾個方面:1.新型Γ形結構饋電的低剖面寬帶全向天線研究。針對現代移動通信系統(tǒng)的發(fā)展需求,筆者設計了幾款新型Γ形結構饋電的低剖面寬帶全向天線:對稱Γ形饋電結構中加載四分之一波長支節(jié)的寬帶全向天線、內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形饋電結構中加載四分之一波長支節(jié)的寬帶全向天線設計:首先,引入Γ形饋電結構,獲得了具有低剖面特性的天線。并且利用對稱的Γ形饋電結構饋電,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形結構饋電結構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)內置饋電耦合匹配器的寬帶全向天線設計:首先,采用饋電結構上內置耦合線的方法,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形饋電結構確保了寬頻帶內輻射方向圖的穩(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形饋電結構,并利用“L”形阻抗線與Γ形結構相結合,展寬了天線的阻抗帶寬。其次,在Γ形結構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電流的橫向輻射場,從而實現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。d)基于緊耦合技術的低剖面寬帶全向天線設計。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,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穩(wěn)定的全向輻射方向圖特性。并設計了一款一分六饋電網絡為該環(huán)形緊耦合陣列天線饋電。2.基于改進型彎折線巴倫饋電的寬帶定向天線。針對現代移動通信系統(tǒng)中寬頻帶天線的應用需求,本文設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構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,設計了一種對稱雙環(huán)結構輻射貼片。將彎折饋電巴倫和雙環(huán)輻射體結構相結合,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度顯著增強,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研究�；诰o耦合技術的陣列天線設計方法,本文設計了小型化的寬帶陣列天線。a)互補式耦合饋電貼片天線設計:從寬帶定向天線設計出發(fā),利用縫隙耦合技術設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)設計了一種±45°雙極化調諧環(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諧環(huán)路,可以有效的擴展天線的阻抗帶寬。通過調諧環(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,將兩個調諧環(huán)路耦合饋電結構正交擺放,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計方法,利用陣元間的互耦效應,通過高頻仿真軟件Ansys HFSS對陣元間距進行了仿真優(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計。以10單元線陣為陣列天線單元,設計了一款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設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要求,具有很好的商用價值。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN828.6
【圖文】：

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【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 段鶴;;電偶極子模型及其應用[J];齊齊哈爾大學學報(自然科學版);2011年02期

本文編號：2721181