超宽频带双极化基站天线的设计研究

论文摘要

基站天线是移动通信网络的关键部件,它不仅提供了移动台和基站之间的物理链接,同时也是频率复用,分集接收,优化覆盖等移动通信技术应用中的重要设备。相应的,各种应用技术对基站天线的性能也提出了各种不同的性能要求。其中移动通信技术最主要关注的一个问题就是如何利用有限的频谱资源,满足用户需求在空间和时间上的分布。由此也应运而生出各种移动通信标准,产生了多种标准并存的局面。因此,如何设计一种能兼顾各项性能,覆盖尽量宽频段的天线,对于适应多种标准,或者是对于今后的可扩充性来说,显然具有重要意义。为此,本文首先讨论了宽频带天线的现有研究成果,提出了一种实用新型的超宽频带双极化基站天线辐射单元的设计过程。用基于有限元法的专业电磁仿真软件HFSS对天线的特性进行了仿真。该基站天线辐射单元在满足通信行业标准VSWR<=1.5,双极化端口隔离度小于-28dB的条件下,可覆盖1.4GHz3.6GHz频段。随后,以该天线辐射单元为阵元,仿真分析了天线阵列的各项性能。首先,着重讨论了宽带阵列天线的波束收敛性,仿真分析了单层侧板下阵列的波束收敛特性。经过对仿真结果的分析,发现单层侧板很难在较宽的频段内实现水平面波束的较好收敛。因此提出了双层侧板的设计结构,并且通过各结构参数的仿真调整,得到了很好的波束收敛性能,验证了该设计思路。接着,引入天线一体化设计的概念,对天线的其他性能进行了仿真分析。其中主要是对天线的辐射特性进行了仿真优化,得到了在1710MHz-2170MHz频段内符合行业标准的结果。最后,在兼顾电压驻波比,端口隔离度,波束宽度,天线增益,交叉极化比,前后比等其他基站天线指标的情况下,仿真得到最优的天线结构,完成了超宽频带双极化基站天线的设计研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 移动通信基站天线应用背景
• 1.1.1 移动通信频谱
• 1.1.2 移动通信组网技术
• 1.1.3 基站天线在移动通信中的作用
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要工作和内容安排
• 第二章 基站天线的性能要求和分析设计方法
• 2.1 天线的主要性能参数
• 2.1.1 基站天线的辐射参数
• 2.1.2 基站天线的电路参数
• 2.2 阵列天线的波束赋形原理
• 2.3 天线远场波瓣宽度与天线口径场分布的关系
• 2.4 电磁场数值计算方法与软件
• 2.5 天线辐射不同极化分量间的变换关系
• 2.6 本章小结
• 第三章 基站天线辐射单元的设计与仿真
• 3.1 宽频带天线的原理
• 3.1.1 宽频带天线的定义
• 3.1.2 限制天线带宽的因素
• 3.1.3 宽频带天线的结构特点
• 3.2 双极化基站天线原理
• 3.3 辐射振子结构的设计和仿真分析
• 3.3.1 天线振子结构
• 3.3.2 关键结构参数的确定
• 3.4 馈电结构的设计和仿真优化
• 3.4.1 馈电结构的作用
• 3.4.2 馈电结构的设计和参数优化
• 3.5 本章小结
• 第四章 阵列波束收敛性仿真研究
• 4.1 波束收敛性的重要性
• 4.2 单层侧板的仿真分析
• 4.2.1 基站天线阵列的基本结构
• 4.2.2 关键参数的仿真分析
• 4.3 双层侧板的仿真分析
• 4.3.1 双层侧板天线结构
• 4.3.2 关键参数的仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 基站天线的整体设计和仿真分析
• 5.1 基站天线一体化设计
• 5.2 基站天线一体化仿真优化
• 5.2.1 单元间距的确定
• 5.2.2 最优仿真结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢