車載、機(jī)載及無(wú)線移動(dòng)通信天線的研究.pdf

1、當(dāng)今，無(wú)線通信技術(shù)已經(jīng)滲透到人們生活的方方面面。天線，作為無(wú)線通信系統(tǒng)最重要的部件之一，直接影響著整個(gè)無(wú)線系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)天線的電性能、外觀結(jié)構(gòu)等要求也各不相同。本文主要針對(duì)與人們生活緊密相關(guān)的汽車、飛機(jī)以及無(wú)線移動(dòng)通信這三種場(chǎng)景下天線設(shè)計(jì)現(xiàn)存的難題進(jìn)行研究。根據(jù)不同安裝環(huán)境下天線的要求，設(shè)計(jì)了適用于這三種場(chǎng)景的多款天線，并開(kāi)發(fā)了一款軟件平臺(tái)。
　　具體來(lái)說(shuō)，本文的主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　1.設(shè)計(jì)了三

2、種車載天線。第一種車載天線為自匹配單極子天線，通過(guò)將匹配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在天線的輻射體上，結(jié)合使用差分進(jìn)化算法和自適應(yīng)協(xié)方差矩陣進(jìn)化算法優(yōu)化匹配結(jié)構(gòu)的尺寸，在保持天線纖細(xì)緊湊的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上展寬了單極子帶寬；第二種車載天線為寬帶寬波束衛(wèi)星通信圓極化天線，通過(guò)使用終端開(kāi)路容性金屬片來(lái)展寬交叉折疊偶極子的帶寬，使用一個(gè)寬帶的90°功分網(wǎng)絡(luò)在寬頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)圓極化；第三種車載天線為高增益加載天線，在設(shè)計(jì)天線時(shí)將真實(shí)車體與天線模型結(jié)合進(jìn)行一體化仿真，通過(guò)

3、使用電抗加載和優(yōu)化算法結(jié)合的方法改善車體對(duì)天線的電壓駐波比和方向圖的影響，使天線水平面內(nèi)增益達(dá)到最優(yōu)。
　　2.設(shè)計(jì)了兩種機(jī)載天線。第一種機(jī)載天線為小型化單頻/雙頻的圓環(huán)縫隙天線，通過(guò)將匹配結(jié)構(gòu)折疊在天線地板的背面從而減小了天線的尺寸，通過(guò)調(diào)節(jié)天線的匹配結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)單頻/雙頻特性，通過(guò)將天線邊緣短路接地使得天線對(duì)周圍環(huán)境不敏感，這種天線適合無(wú)縫嵌入于金屬機(jī)身的小型無(wú)人機(jī)；第二種機(jī)載天線為低輪廓集成介質(zhì)波導(dǎo)多喇叭全向天線，這種天線使用集

4、成介質(zhì)波導(dǎo)技術(shù)，有易于集成、成本低、低剖面等優(yōu)點(diǎn)。論文還研究了不同喇叭個(gè)數(shù)、不同匹配方法對(duì)這類天線的電壓駐波比和方向圖性能的影響，這類天線適合應(yīng)用于非金屬機(jī)身的小型無(wú)人機(jī)。
　　3.設(shè)計(jì)了兩種無(wú)線移動(dòng)通信天線。首先針對(duì)室內(nèi)信號(hào)質(zhì)量差的問(wèn)題設(shè)計(jì)了兩個(gè)可用于2G/3G/4G無(wú)線移動(dòng)通信的室內(nèi)分布天線：可實(shí)現(xiàn)方向圖分集的室內(nèi)分布系統(tǒng)天線和可同時(shí)實(shí)現(xiàn)方向圖、極化分集的室內(nèi)分布系統(tǒng)天線，這兩個(gè)天線都是由多天線組成的集成天線，巧妙的解決了集成

5、天線“電纜線穿心”的難題，具有占用空間小、可良好覆蓋天花板下方半空間的優(yōu)點(diǎn)；然后針對(duì)無(wú)線移動(dòng)通信信號(hào)回傳難的問(wèn)題設(shè)計(jì)了高增益開(kāi)關(guān)寄生陣列天線，這種天線增益高，波束可切換，水平面360度全覆蓋，且容易實(shí)現(xiàn)電下傾，有望解決現(xiàn)代城市無(wú)線信號(hào)回傳的難題。
　　4.研發(fā)了基于C++語(yǔ)言的大規(guī)模陣列天線仿真平臺(tái)。該平臺(tái)主要針對(duì)5G大規(guī)模陣列天線仿真需要超高配置的硬件、仿真費(fèi)時(shí)費(fèi)力、設(shè)計(jì)天線難的問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模陣列天線的快速分析與優(yōu)化功能。用

6、戶可使用該平臺(tái)“一鍵式”完成 HFSS建模；更為重要的是，該平臺(tái)提出了一種新穎的陣列快速計(jì)算的近似方法，該方法誤差很小，大大節(jié)省了仿真所用的時(shí)間、降低了所需的硬件設(shè)施的配置。此外，該平臺(tái)還通過(guò)使用差分進(jìn)化算法對(duì)陣列天線饋電幅度和相位的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了波束的賦形功能。用戶僅需輸入所需的方向圖模板，優(yōu)化軟件根據(jù)模板和單元方向圖數(shù)據(jù)就可以優(yōu)化出所需的波束形狀以及饋電幅度和相位；最后，該平臺(tái)提供計(jì)算分析各項(xiàng)移動(dòng)通信天線常用參數(shù)的功能，以便用戶與行業(yè)