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LTE基站平面结构阵元的研究

作　者: 徐宁
导　师: 褚庆昕; 董锦渊
学　校: 华南理工大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: LTE移动通信系统基站天线平面结构互耦合宽带特性
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 61次
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内容摘要

随着移动通信行业的发展,激增的话务量与多元化发展的通信业务对移动通信系统的性能提出了越来越高的要求。基站天线作为移动通信系统中电磁能量与电路信号的转换器,其性能的优劣对系统的整体性能有非常关键的影响。目前的移动通信系统正处于技术变革更新的过渡时期,虽然第三代移动通信系统(3G)在商用领域中已渐成规模,但第二代移动通信系统(2G)却依然占有着重要的市场,同时第四代移动通信系统(4G),或更准确地说是向第四代过渡中重要的LTE移动通信系统(Long Term Evolution),在学术及工程领域的长期研究下已现雏形,近来更是开始在试点城市进行初步的测试。从移动通信系统的发展进程来看,可以预见移动通信行业未来将长期处于2G/3G/LTE多系统共同工作的过渡阶段。然而,LTE移动通信系统中工作频带的零散化,以及不同系统间频谱分布的离散化,使得利用多个窄带基站天线分别满足不同系统要求的叠加式基站系统建设成本较高。为了降低基站的建设成本,研制出从电路性能与辐射性能上都能实现宽频带覆盖,为多个系统同时提供支持的宽带基站天线显得尤为重要。本文先介绍了移动通信系统中基站天线的相关知识,然后对基站天线的结构及宽频带形式的现状进行了研究归纳。在第二章阐述天线基本参数以及平衡-不平衡馈电结构相关知识的理论基础下,第三章到第五章分别提出了一种垂直结构的多枝节振子、两种利用振子间耦合实现宽频带工作性能的平面结构双极化天线和一款适用于TDD系统下FAD频段的双极化智能天线阵元。其中,垂直结构的多枝节振子在单极化工作时能覆盖1680MHz-2690MHz(|S11|<-15dB),组合为双极化阵元后由于振子间的耦合作用,牺牲了工作带宽,两个端口均在1660MHz-2300MHz达到|S11|<-15dB；所设计第一款的宽带平面结构双极化天线工作于1710MHz-2690MHz(|S11|<-15dB),辐射方向图饱满,半功率波束宽度稳定；进一步地,又分析了影响天线阻抗宽带匹配性能的参数,并归纳出相关的设计思路,设计了一款在1660MHz-2170MHz上性能良好的双极化天线阵元。所设计的FAD频段智能天线阵元在组建阵列后,除了未进行调试的下旁瓣抑制参数外,其余的电路性能和辐射性能都能满足运营商的使用要求,具有良好的工程意义。本文的最后,针对目前工作中的不足,对未来工作的改进方向作出了展望。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第一章绪论  10-24
  1.1 研究背景  10
  1.2 移动通信中的基站天线  10-14
    1.2.1 分集接收抗多径衰落  11-13
    1.2.2 抗同频干扰  13-14
  1.3 国内外研究现状  14-22
    1.3.1 基站天线的结构实现  14-17
      1.3.1.1 立体结构  14-15
      1.3.1.2 平面结构  15-17
    1.3.2 基站天线的宽带性能  17-22
      1.3.2.1 阻抗匹配宽带天线  17-20
      1.3.2.2 辐射特性宽带天线  20-22
  1.4 本论文的写作安排及主要工作  22-24
第二章基础理论  24-33
  2.1 引言  24
  2.2 天线的基本原理  24-31
    2.2.1 电路性能  25-28
    2.2.2 辐射性能  28-31
  2.3 平衡器  31-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章垂直结构的多枝节振子  33-43
  3.1 天线的设计思路  33-34
  3.2 天线单元的设计  34-37
  3.3 双极化阵元的实现  37-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章振子间互耦合的宽带双极化基站天线  43-72
  4.1 天线结构与参数设计  43-45
  4.2 天线仿真分析及实验结果  45-53
    4.2.1 仿真结果分析  45-49
    4.2.2 实验测试结果  49-53
  4.3 阻抗匹配宽带原理分析  53-60
    4.3.1 振子间耦合距离的作用  53-55
    4.3.2 耦合枝节与振子距离的作用  55-56
    4.3.3 耦合枝节长度的作用  56-58
    4.3.4 宽带阻抗匹配的实现  58-60
  4.4 枝节加载的双极化基站阵元  60-70
    4.4.1 阵元参数设计  61-62
    4.4.2 枝节加载原理分析  62-67
      4.4.2.1 耦合枝节电长度θ_1的作用  63-65
      4.4.2.2 耦合枝节的特征阻抗Z_1的作用  65-67
    4.4.3 阵元仿真结果  67-70
    4.4.4 小结  70
  4.5 本章小结  70-72
第五章 FAD频段智能天线阵元的设计  72-85
  5.1 天线结构与参数设计  72-75
    5.1.1 FAD频段智能天线阵元结构  72-74
    5.1.2 FAD频段智能天线阵元参数设计  74-75
  5.2 天线单元仿真分析及实验结果  75-79
  5.3 FAD智能天线阵列性能测量  79-84
  5.4 本章小结  84-85
结论  85-86
参考文献  86-90
攻读硕士学位期间取得的研究成果  90-91
致谢  91-92
答辩委员会对论文的评定意见  92

LTE基站平面结构阵元的研究

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