室內(nèi)基站重發(fā)天線的設(shè)計.pdf

1、針對室內(nèi)小型基站系統(tǒng)對重發(fā)天線的寬帶化、小型化和簡單化要求，采用貼片天線，以E形結(jié)構(gòu)為原型，進(jìn)行重發(fā)天線的設(shè)計。E形微帶天線具有結(jié)構(gòu)簡約、頻帶較寬、性能穩(wěn)定等特點，已得到廣泛應(yīng)用。但E形天線的寬帶化需要有較厚（0.05λ以上）基板來支撐，這為實際小型基站系統(tǒng)空間尺寸所不允許。減薄E形天線基板，則會引起帶寬變窄、輻射性能變差等問題?；诖耍菊撐囊暂^薄基板(約為0.02λ)E形天線為原型，通過結(jié)構(gòu)變形、縫隙加載、結(jié)構(gòu)非對稱化等方法，在較薄

2、基板上進(jìn)行小型寬帶微帶天線的設(shè)計，以滿足小型基站系統(tǒng)的應(yīng)用要求。
　　論文首先通過結(jié)構(gòu)變形，以實現(xiàn)較薄基板E形天線性能的改進(jìn)。對較薄基板E形微帶天線的分析發(fā)現(xiàn)，利用雙諧振特性同樣可以拉寬天線工作頻帶。但高低頻諧振點的輻射元電流分布不同，導(dǎo)致高低頻諧振點的天線增益差值較高，并引入較大的交叉極化，同時在2.5GHz附近產(chǎn)生較強(qiáng)高階諧振輻射，可能對WLAN系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。為此，在E形天線的非切口側(cè)輻射邊引入“凹”形缺口。結(jié)果表明，“凹”形

3、口有助于實現(xiàn)高低頻電流路徑較為一致的對稱傾角，從而在工作頻帶內(nèi)得到較為一致的天線增益。并在保證天線覆蓋頻段的同時使天線尺寸有一定程度的減小。還可發(fā)現(xiàn)，“凹”形輻射邊可限制橫向電流分布，從而有效地抑制了2.5GHz附近高階諧振輻射。但由于兩諧振點的表面電流仍是沿貼片兩對角方向，帶“凹”形口天線依然存在較大的交叉極化?；诖?，進(jìn)一步設(shè)計了具有梯形輪廓的E形天線。由實驗結(jié)果可知，天線在DCS1880頻帶的絕對帶寬為150MHz，天線尺寸為91

4、mm×37.9mm。由于梯形輪廓的限制，兩諧振點的表面電流更一致的趨于縱向分布，因此天線具有較好的方向圖頻帶特性和較小的交叉極化分量，同時也能對高階諧振幅度實現(xiàn)有效陷波。
　　縫隙加載是實現(xiàn)微帶天線小型寬帶化的常用方法。在分析內(nèi)嵌縫隙和開口縫隙作用原理基礎(chǔ)上，對E形天線兩側(cè)非輻射邊引入矩形條內(nèi)嵌縫隙的研究表明，非輻射邊縫隙加載并不會明顯改變天線的表面電流分布，但在高頻端引入縫隙輻射模。為使縫隙模向工作頻帶靠近，將矩形條縫隙向輻射邊

5、延伸形成L形縫隙，發(fā)現(xiàn)在保證工作頻帶同時可有效地減少天線尺寸，這是因為縫隙模使工作頻帶內(nèi)的高頻諧振點頻率下移，可見由縫隙模擠壓原工作頻帶內(nèi)高低頻諧振點將有助于天線尺寸的減少。但由于縫隙主要居于非輻射邊，其輻射場極化與主極化正交，故即使縫隙模下移至工作頻帶從而更大地展寬工作頻帶，其輻射場特性并非設(shè)計所期望。對非輻射邊的切口縫隙加載，雖可能產(chǎn)生與主極化一致的輻射場，但由于實際尺寸限制只能利用較短縫隙，并不能產(chǎn)生對應(yīng)的縫隙模;如增加縫隙長度，

6、則會大幅度地改變原貼片電流分布。為此，對E形切口側(cè)輻射邊進(jìn)行開口縫隙再加載。結(jié)果表明，相同介質(zhì)基板的天線在DCS1880頻帶的絕對帶寬為145MHz，其尺寸為79.9mm×37.9mm。這表明輻射邊切口縫隙加載后，利用其縫隙模的擠壓作用及對工作頻帶內(nèi)橫向電流的抑制作用，可在減少天線尺寸的同時，保持有較大的工作帶寬，并且在工作頻帶內(nèi)具有較一致的方向性和較低的交叉極化，同時對高階諧振輻射具有良好的抑制作用。
　　最后，論文提出利用非對

7、稱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生雙諧振特性，實現(xiàn)天線的小型寬帶化。在此以WCDMA頻段為設(shè)計實例，實驗結(jié)果表明，非對稱結(jié)構(gòu)在保證天線帶寬和基本不變的方向性同時，能較大幅度減少天線尺寸。但要注意的是，在產(chǎn)生寬帶特性的雙頻諧振點上，由于結(jié)構(gòu)的不對稱，其輻射波極化方向可能相互正交，或產(chǎn)生圓極化特性，因此在設(shè)計中要加以仔細(xì)調(diào)整。
　　以上三類天線結(jié)構(gòu)設(shè)計中，梯形輪廓E形天線結(jié)構(gòu)較為簡單，輻射邊切口縫隙天線的極化特性較好，而非對稱結(jié)構(gòu)天線具有更小的天線尺寸。它們