共形陣列天線的設計與研究.pdf

1、密級桂林電子科技大學碩士學位論文題目共形陣列天線的設計與研究（英文）（英文）DesignStudyontheAntennaofConfmalArray研究生學號:1302202003研究生姓名:唐紹宇指導教師姓名、職務指導教師姓名、職務:姜興（教授）申請學位門類:工學碩士學科、?？?、專業(yè)名稱:電子科學與技術提交論文日期:2016年4月論文答辯日期:2016年6月摘要I摘要隨著移動通信系統(tǒng)升級換代速度不斷加快，傳統(tǒng)天線已經難以滿足新系統(tǒng)的

2、要求。而隨著移動用戶數(shù)量快速增漲，信道容量的不足已成為密集區(qū)域阻礙移動通信發(fā)展的突出問題，具有多波束輻射、半空域覆蓋等高性能的共形陣列天線系統(tǒng)得到越來越多研究者的青睞。共形陣列天線技術和波束賦形技術的結合可以方便地在水平和垂直維度進行波束覆蓋從而開發(fā)出多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)兩個正交的空間維度，實現(xiàn)3DMIMO性能，極大地提高移動通信系統(tǒng)的容量，為無線通信傳輸技術的性能提升開拓出更廣闊的空間。本文針對可半空間覆蓋、在水平和垂直維度可

3、獨立掃描的共形陣列天線，研究了寬度高增益圓極化天線單元的設計、共形陣列布局的設計、極化補償、互耦分析、波束賦形等，主要的研究內容及成果如下：1.設計了三款C波段寬帶高增益圓極化天線單元。本文采用了微帶縫隙耦合饋電形式的微帶天線結構實現(xiàn)寬帶、高增益、圓極化性能。其中，第一款采用的是正交十字縫隙且中心耦合饋電的結構，實現(xiàn)了雙極化性能，為多發(fā)多收的高速通信提高硬件基礎，天線阻抗帶寬達到了47%，軸比帶寬達到了11.3%，在f=5.4GHz處，

4、天線增益達到8dB。而另外兩款天線單元則采用了對數(shù)螺旋縫隙結構，實現(xiàn)了寬帶圓極化特性，其中一款采用縫隙耦合饋電方式實現(xiàn)了47%的阻抗帶寬和16%的軸比帶寬，在f=5.5GHz處增益超過了8dB；另一款采用背饋方式實現(xiàn)了100%的阻抗帶寬和66.7%的軸比帶寬，在f=3.5~9.5GHz頻帶內實現(xiàn)了高于8dB的天線增益。三款天線均添加了反射板，實現(xiàn)定向輻射、高增益特性。2.研究了截球面和錐臺共形陣的布陣形式以及各自的波束特性。運用子陣劃分

5、、重構子陣技術，對于截球面陣，將半空間劃分成25個子空間，由25個子陣相對應實現(xiàn)了半空間掃描覆蓋。對于錐臺共形陣，根據(jù)陣元波束寬度可以劃分為23、24、26等子陣，通過循環(huán)實現(xiàn)半空間覆蓋。3.研究了共形陣極化補償和互耦分析問題。推導了陣元天線的遠場極化表達式。根據(jù)截球面和錐臺陣的二次曲面結構特點，采用基于單元投影旋轉規(guī)則，計算出了陣列上不同區(qū)間的天線單元旋轉的角度。為了分析共形陣列的互耦，本文采用自由激勵的散射法推導了陣列單元之間的互耦

6、系數(shù)矩陣，并給出了矩陣的計算公式。4.研究了共形陣列波束賦形技術。分析了共形陣列天線陣元的三維分布特性，闡述了其波束綜合屬于三維空間優(yōu)化問題的特點，詳細介紹了共形陣列波束賦形的主要內容，包括核心算法TPA（團隊進步算法）、陰影區(qū)域計算和波束成形。在標準的團隊進步算法TPA的基礎上提出了自適應因子使得TPA算法在運行后期能更好地尋找到最優(yōu)值，并改進其成員的進步策略，得到了自適應團隊進步算法(ATPA)。然后列舉了4G雙極化移動基站天線的例