隨著無(wú)線通信以及雷達(dá)技術(shù)的迅速發(fā)展,多天線系統(tǒng)日益受到關(guān)注。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)小型化和集成化,通常要求在有限的設(shè)計(jì)空間內(nèi)集成更多的天線,天線之間的去耦合設(shè)計(jì)成為關(guān)鍵。本文圍繞新一代移動(dòng)通信基站天線以及寬帶MIMO雷達(dá)天線中的去耦合問(wèn)題,結(jié)合離散構(gòu)型結(jié)構(gòu)進(jìn)行去耦合設(shè)計(jì),并研究了對(duì)應(yīng)的多目標(biāo)優(yōu)化策略,論文的研究?jī)?nèi)容包括:1.從主極化配置和路徑抵消兩個(gè)方面對(duì)多天線去耦合理論進(jìn)行了系統(tǒng)研究。對(duì)于路徑抵消去耦合技術(shù),本文提出了級(jí)聯(lián)四端口去耦合網(wǎng)絡(luò)的模型,并給出了網(wǎng)絡(luò)的約束條件,明確通過(guò)降低天線間互阻抗以及未激勵(lì)天線的表面電流密度,可以實(shí)現(xiàn)高隔離,為多天線去耦合電路的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。2.提出了采用雙同軸饋電結(jié)構(gòu)、基于±45°配置的領(lǐng)結(jié)形雙極化偶極子5G基站天線單元,給出了主體結(jié)構(gòu)采用規(guī)則結(jié)構(gòu)、末端采用離散構(gòu)型結(jié)構(gòu)的單元天線,通過(guò)描述該結(jié)構(gòu)的混合“0-1”設(shè)計(jì)矩陣,結(jié)合相應(yīng)的多目標(biāo)優(yōu)化策略,可以在5G FR1(sub-6GHz)頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)雙極化單元天線的高隔離設(shè)計(jì)。對(duì)設(shè)計(jì)單元天線的測(cè)試表明,在3.4-3.6GHz頻段內(nèi)可實(shí)現(xiàn)20dB的回波損耗和40dB的隔離。3.對(duì)于雙極化基站陣列天線的去耦合,通過(guò)在陣列上方引入離散構(gòu)型的去耦合結(jié)構(gòu),采用規(guī)則-離散混合構(gòu)型的多目標(biāo)整體優(yōu)化策略,在3.4-3.6GHz頻段內(nèi),可實(shí)現(xiàn)15dB的回波損耗和32dB的單元間隔離,將陣元間同極化天線的隔離度提高了 14dB,陣元間異極化天線的隔離度提高了 l0dB。4.面向緊湊結(jié)構(gòu)寬帶MIMO雷達(dá)天線的要求,提出了具有不同V-H極化探測(cè)能力的領(lǐng)結(jié)形MIMO四天線探頭。對(duì)于分布于四天線間的共地結(jié)構(gòu),采用極坐標(biāo)系下的離散構(gòu)型描述方法,并對(duì)規(guī)則-離散混合構(gòu)型結(jié)構(gòu)采用分步迭代的多目標(biāo)優(yōu)化策略,在2.6-3.9GHz的寬頻帶范圍(相對(duì)帶寬達(dá)40%)實(shí)現(xiàn)了 10dB的回波損耗和30dB的隔離。綜上,本文對(duì)采用規(guī)則-離散混合構(gòu)型的多天線去耦合開展設(shè)計(jì)研究,給出了不同的結(jié)構(gòu)描述技術(shù)和多目標(biāo)優(yōu)化策略,可以有效地進(jìn)行天線間的去耦合設(shè)計(jì),為多天線去耦合提供了一套全新的設(shè)計(jì)技術(shù)。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN828
【部分圖文】：

，技術(shù)這兩個(gè)方面開展了大量的研宄工作。主極化配置利用天線空間電場(chǎng)的分布??特征，優(yōu)化天線的主極化配置，實(shí)現(xiàn)高隔離，采用該去耦合技術(shù)的主要為定向??天線＿〇】和偶極子天線［１１Ｈ１Ｓ］。??在定向天線方面，Ｙ．?Ｌｕｏ等人采用“Ｈ”形狀的定向天線，如圖１．１?（ａ）所??示，將四根天線采用方形環(huán)的方式配置，利用天線的主輻射方向相互垂直、不??交疊的特性，實(shí)現(xiàn)了?１７ｄＢ的隔離［１９］；?Ｈ．－Ｔ．Ｈｕ等人采用兩個(gè)槽形天線進(jìn)行定向??天線的設(shè)計(jì)，如圖１．１?（ｂ）所示，利用類似的方環(huán)形配置方式，實(shí)現(xiàn)了?２２ｄＢ??的隔離Ｒ．Ａｎｉｔｈａ等人采用槽形地實(shí)現(xiàn)寬帶，如圖１．１?（ｃ）所示，通過(guò)方環(huán)??形配置，實(shí)現(xiàn)了?１４ｄＢ的隔離［２１］。??在偶極子天線方面，正交配置的偶極子天線可實(shí)現(xiàn)高隔離，大量學(xué)者采用??該種配置進(jìn)行基站天線單元的設(shè)計(jì)。例如，如圖１．１?（ｄ）所示，Ｙ．?Ｃｕｉ等人采??用正交配置的折疊型偶極子天線，實(shí)現(xiàn)了?３０ｄＢ的隔離［２２］；為實(shí)現(xiàn)更加緊湊的??設(shè)計(jì)，Ｙ．?Ｌｕｏ等人將正交的偶極子天線進(jìn)行更加緊湊的配置，如圖１．１?（ｅ）所??示，實(shí)現(xiàn)了?２５ｄＢ的隔離［２３］；?Ｌ．－Ｈ．?Ｗｅｎ等人采用正交配置的共享型偶極子天線，??如圖１．１?（ｆ）所示，實(shí)現(xiàn)小型化的同時(shí)，達(dá)到了?３６ｄＢ的隔離［２４１。??＿?ｈ???????」麵?Ｔｏｐｉａ＞＇？?緣偷氣??

學(xué)者們?cè)谔炀�間引入了缺陷墻１２５＿、ｒｏ＜３［２９Ｈ３４］、缺陷地［３５Ｈ４６］、??集總元件［４７］＿［５３］、耦合諧振器［５４＞［５８］、中和線｜５９＞１７１］等去耦合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了高隔離??的設(shè)計(jì)。例如，ＧＤａｄａｓｈｚａｄｅｈ等人在天線間引入缺陷墻結(jié)構(gòu)，如圖１．２?（ａ）所??示，實(shí)現(xiàn)了?３５ｄＢ的隔離１２５］；?Ｆ．?Ｙａｎｇ等人在微帶天線間引入ＥＢＧ結(jié)構(gòu)，如圖??１．２?（ｂ）所示，實(shí)現(xiàn)了?２０ｄＢ的隔離［２９］；?Ｃ．－Ｙ．?Ｃｈｉｕ等人在ＰＩＦＡ天線共地區(qū)域??進(jìn)行了周期性矩形槽的設(shè)計(jì)，如圖１．２?（ｃ）所示，實(shí)現(xiàn)了?２０ｄＢ的隔離［３５１；?Ｓ．Ｎ．??Ｖｅｎｋａｔａｓｕｂｒａｍａｎｉａｎ等人基于奇偶模等效電路的分析，如圖１．２?（ｄ）所示，采用??集總元件進(jìn)行去耦合，實(shí)現(xiàn)了?２０ｄＢ的隔離［４７］；?Ｌ．Ｚｈａｏ等人在天線兩端口間并??聯(lián)耦合諧振器，如圖１．２（ｅ）所示，實(shí)現(xiàn)了?２０ｄＢ的隔離［５４］；?Ｓ．－Ｗ．Ｓｕ等人提出??在輻射貼片上引入中和線結(jié)構(gòu)，如圖１．２?（ｆ）所示，實(shí)現(xiàn)了?１９ｄＢ的隔離［５９】。??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??ｎ？ｕｉｆａ）ａ８＞＜〇ｎ??（Ｏ＾ｍｍｏｏｎｓｌ?ｖｎｃｔｔｈ）??！￣￣卜■盡?一１—?Ｘ?ｆ｜?｜ｊ?Ｉ?Ｉ??ｉ?ａ?ｍ?Ｋ＃??Ｉ?＼＼ｉ?一丨一??發(fā)?ＳＥＴＳ??ｎｃｍ．Ｋｋ?９ｍ?細(xì)?ｔＵｗ?ｏｍ）?ＦＲ４?＆ｕｂ？ｔｒａｌ？）??：＾；－?Ｌｉ＾５?Ｗ

大量學(xué)者采用碎片式結(jié)構(gòu)，也就是由碎片組合而成的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行??微波無(wú)源器件以及天線的設(shè)計(jì)。例如，Ｃ．?Ｄｅｌａｂｉｅ等人在１９９７年首次提出了碎??片式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一款微帶諧振器［７２］，如圖１．３?（ａ）所示；Ａ．?Ａ．?Ｍｉｎａｓｉａｎ等??人采用碎片式結(jié)構(gòu)進(jìn)行了微帶天線的設(shè)計(jì)［７３］，如圖１．３?（ｂ）所示；Ｊ．?Ｄｏｎｇ等人??則在近期利用碎片式結(jié)構(gòu)進(jìn)行了超寬帶雙帶陷天線的設(shè)計(jì)［７４１，如圖１．３?（ｃ）所??示。相對(duì)于傳統(tǒng)規(guī)則結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)取得了一定的性能提升。??Ｉ?＾?ｉ?ＶＳｋＪｋ??ｍｊｒ＾ｎＬＭ?＇＂ＣｂｉｉＢＰ?ＷＵＭ??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??圖１．３碎片式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)??相對(duì)于規(guī)則結(jié)構(gòu)，碎片式結(jié)構(gòu)更加靈活多變，屬于非定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以打??破常規(guī)去耦合電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)自由度大，可能設(shè)計(jì)出隔離度更高的去耦??合結(jié)構(gòu)；而且理論上如果碎片剖分得足夠細(xì)小，碎片式結(jié)構(gòu)可以無(wú)限逼近規(guī)則??結(jié)構(gòu)。因此，本文將引入碎片式結(jié)構(gòu)進(jìn)行天線間去耦合的設(shè)計(jì)。??雖然碎片式結(jié)構(gòu)可以取得一定的性能提升
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