隨著移動通信技術的不斷發(fā)展,如今已經共存2 G/3 G/4 G等移動通信系統(tǒng),需要對基站天線進行寬頻帶設計。常規(guī)基站天線的水平半功率波束寬度一般在65°左右,以覆蓋方位角為120°的蜂窩小區(qū)。但在一些特定的應用場景,有特定的問題有待解決,需要采用一些特型基站天線。例如在一些微型基站和話務量較小的地區(qū),適合采用水平面360°輻射的全向天線,以減小天線所占的空間資源和節(jié)約成本;在很多室內場所,如電梯和大型室內場館,信號覆蓋的范圍較窄,需要采用波束較窄的窄波束天線;在人員密集的熱點地區(qū),可以采用寬頻多波束天線以增加通信容量,提高通信質量。針對上述問題,本論文主要研究了寬頻特型基站天線的設計方法,提出了幾種寬頻特型基站天線。具體來說,主要研究內容如下:(1)提出了一種工作在1.42-2.7 GHz頻段的雙極化基站天線單元和天線陣列。為了實現天線單元的±45°雙極化輻射,將四個折疊電偶極子通過雙線傳輸線連接并由兩個饋電巴倫激勵;為了使天線單元在1.42-2.7 GHz頻段內具有良好的阻抗匹配,將一個寄生貼片放置于折疊電偶極子的上方;為了使天線單元的水平半功率波束寬度在阻抗帶寬內穩(wěn)定在70°±2.5°范圍內,將金屬地板設計成凸型形狀。為了進一步改善水平半功率波束寬度使其穩(wěn)定在65.7°±3.2°范圍內,提出了一種新型的錯開兩單元子陣列。在此基礎上設計了一種具有高增益的六單元天線陣列。(2)提出了一種工作在1.69-2.7 GHz頻段的水平極化全向天線單元和天線陣列。為了使天線單元在寬頻帶內具有良好的水平雙極化全向輻射和阻抗匹配,將三個新型寬頻電偶極子輻射單元在水平面均勻分布并由一個三路寬頻等幅等相功分器激勵。為了進一步改善不圓度使其從2.5 dBi減小到1.2 dBi,提出了一種新型的旋轉兩單元子陣列。在此基礎上設計了一種具有低不圓度的六單元天線陣列。(3)提出了一種工作在1.69-2.7 GHz頻段的雙極化全向天線單元和天線陣列。為了使天線單元在寬頻帶內具有良好的±45°雙極化全向輻射和阻抗匹配,將三個寬頻交叉電偶極子輻射單元在水平方向均勻分布并由一對三路寬頻等幅等相功分器激勵。在此基礎上設計了一款具有高增益的十單元全向天線陣列,該陣列的增益為10.3±0.9 dBi,不圓度小于2.5 dBi。(4)提出了一種工作在1.69-2.7 GHz頻段的菱形窄波束天線陣列和一種工作在0.69-0.96 GHz和1.69-2.7 GHz頻段的雙頻菱形窄波束天線陣列。為了在寬頻帶內實現雙極化低旁瓣窄波束輻射,將四個寬頻交叉電偶極子天線以菱形結構分布并由兩個四路寬頻等幅等相的功分器激勵。在此基礎上,通過將四個高頻交叉電偶極子天線單元嵌入在四個菱形分布的低頻交叉電偶極子天線單元的內部,實現了寬頻雙頻窄波束天線陣列的設計。這兩種窄波束天線陣在工作頻段內具有良好的阻抗匹配,端口隔離度大于28 dB,水平和垂直半功率波束寬度穩(wěn)定在33°左右,而且水平和垂直方向圖的旁瓣都小于-22dB。(5)提出了一種工作在1.69-2.7 GHz頻段的雙極化雙波束4×6天線陣列的設計方法。該天線陣列包括三組4×2子陣列。每個4×2子陣列的上端4×1子陣列和下端4×1子陣列在水平方向錯開,等效為一個具有減半水平輻射單元間距的8×1子陣列,以實現良好的水平方向圖柵瓣抑制。為了實現天線陣列的低旁瓣且雙波束輻射,設計了一種新型的性能優(yōu)越的寬頻波束形成網絡。通過優(yōu)化水平相鄰輻射單元間距,實現了天線陣列在水平面的120°扇形覆蓋。該雙波束天線陣列在1.69-2.7 GHz頻段內具有良好的水平雙波束輻射,波束交叉電平在-10 dB左右,具有良好的120°扇形覆蓋性能,而且水平與垂直方向圖的旁瓣和柵瓣電平都在-18 dB以下。
【學位單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN828.6
【部分圖文】：

華南理工大學博士學位論文和成本。另外，在一些微型基站，也可以采用水平面 360o輻射的全向天線，以減小線所占的空間資源和節(jié)約成本。因此，全向基站天線的應用對移動通信天線產業(yè)的發(fā)具有重要的意義。在很多室內場合如隧道和電梯等通信區(qū)域范圍較窄的場合，需要采用波束寬度較的窄波束天線；在人員較密集的大型室內場館等場合，如果采用常規(guī)的水平半功率波寬度 65o的基站天線覆蓋，會導致增益和通信容量不夠而產生掉話等問題。這可以通采用多個窄波束天線來覆蓋整個場館的方案，提高天線的增益并增加整個場館的通信量，以解決掉話問題。另外在狹長的公路和鐵路區(qū)域，可以采用水平波束較窄的基站線來提高增益，減小天線的數量和提高通信質量。因此，寬頻窄波束基站天線在這些用場合具有重要的應用價值。

偶極子天線和寬頻磁電偶極子天線，下面分別介紹這幾類天線的研究現狀 寬頻貼片天線于貼片天線具有尺寸小、剖面低和成本低等優(yōu)點因此貼片天線被廣泛應用業(yè)中。貼片天線的饋電方式包括微帶直接饋電、微帶耦合饋電和探針耦合式。常規(guī)的貼片天線存在阻抗帶寬較窄的不足，比如參考文獻[3-15]中提片天線的工作帶寬小于 37.5%，不能覆蓋全部的 DCS/PCS/UMTS/LT00/TD-LTE 通信頻段(1.71-2.7 GHz)，這限制了貼片天線在寬頻基站天線中的eng 等人于 2013 年提出的一種貼片天線[12]，其結構如圖 1-2 所示。該天線作為輻射單元，每個極化采用雙 L-形探針耦合饋電的方式來擴展帶寬。該寬為 23.7%，能覆蓋 DCS/PCS/UMTS 通信頻段(1.71-2.17 GHz)。該貼片天，剖面低，易于加工且結構穩(wěn)定，可以用來作為 DCS/PCS/UMTS 頻段基輻射單元，但缺點是工作帶寬相對較窄，不能應用于 LTE2300/ LTE2500線陣列中。

華南理工大學博士學位論文抗帶寬， K. M. Luk 教授于 2017 年提出了一種雙極化寬頻貼片天線[16]，天線的結構如圖 1-3 所示。從圖中可見，每個形探針耦合饋電，這樣可以為貼片天線提供電容，從而擴展了針呈反向饋電，這樣可以使得兩個 L-形探針的輻射性能相抵對貼片天線的輻射干擾。另外，通過在輻射貼片上方增加寄生匹配，使貼片天線的阻抗匹配帶寬擴展到 47% (VSWR <1 .5Bi 之間，測試結果如圖 1-4 所示。該天線能覆蓋 1.71- 2.69 GHz波動較大。

【參考文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 蘇道一;移動通信系統(tǒng)中天線的分析與設計[D];西安電子科技大學;2008年

相關碩士學位論文 前1條

1 王靜波;寬帶雙極化基站天線的研究與設計[D];西安電子科技大學;2018年

本文編號：2814301