共形陣列天線的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、密級(jí)桂林電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文題目共形陣列天線的設(shè)計(jì)與研究（英文）（英文）DesignStudyontheAntennaofConfmalArray研究生學(xué)號(hào):1302202003研究生姓名:唐紹宇指導(dǎo)教師姓名、職務(wù)指導(dǎo)教師姓名、職務(wù):姜興（教授）申請(qǐng)學(xué)位門類:工學(xué)碩士學(xué)科、?？啤I(yè)名稱:電子科學(xué)與技術(shù)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(dòng)通信系統(tǒng)升級(jí)換代速度不斷加快，傳統(tǒng)天線已經(jīng)難以滿足新系統(tǒng)的

2、要求。而隨著移動(dòng)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(dòng)通信發(fā)展的突出問(wèn)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(lái)越多研究者的青睞。共形陣列天線技術(shù)和波束賦形技術(shù)的結(jié)合可以方便地在水平和垂直維度進(jìn)行波束覆蓋從而開發(fā)出多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)兩個(gè)正交的空間維度，實(shí)現(xiàn)3DMIMO性能，極大地提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的容量，為無(wú)線通信傳輸技術(shù)的性能提升開拓出更廣闊的空間。本文針對(duì)可半空間覆蓋、在水平和垂直維度可

3、獨(dú)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(shè)計(jì)、共形陣列布局的設(shè)計(jì)、極化補(bǔ)償、互耦分析、波束賦形等，主要的研究?jī)?nèi)容及成果如下：1.設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)實(shí)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(jié)構(gòu)，實(shí)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(chǔ)，天線阻抗帶寬達(dá)到了47%，軸比帶寬達(dá)到了11.3%，在f=5.4GHz處，

4、天線增益達(dá)到8dB。而另外兩款天線單元?jiǎng)t采用了對(duì)數(shù)螺旋縫隙結(jié)構(gòu)，實(shí)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(shí)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(guò)了8dB；另一款采用背饋方式實(shí)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(nèi)實(shí)現(xiàn)了高于8dB的天線增益。三款天線均添加了反射板，實(shí)現(xiàn)定向輻射、高增益特性。2.研究了截球面和錐臺(tái)共形陣的布陣形式以及各自的波束特性。運(yùn)用子陣劃分

5、、重構(gòu)子陣技術(shù)，對(duì)于截球面陣，將半空間劃分成25個(gè)子空間，由25個(gè)子陣相對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)了半空間掃描覆蓋。對(duì)于錐臺(tái)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(guò)循環(huán)實(shí)現(xiàn)半空間覆蓋。3.研究了共形陣極化補(bǔ)償和互耦分析問(wèn)題。推導(dǎo)了陣元天線的遠(yuǎn)場(chǎng)極化表達(dá)式。根據(jù)截球面和錐臺(tái)陣的二次曲面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用基于單元投影旋轉(zhuǎn)規(guī)則，計(jì)算出了陣列上不同區(qū)間的天線單元旋轉(zhuǎn)的角度。為了分析共形陣列的互耦，本文采用自由激勵(lì)的散射法推導(dǎo)了陣列單元之間的互耦

6、系數(shù)矩陣，并給出了矩陣的計(jì)算公式。4.研究了共形陣列波束賦形技術(shù)。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(wèn)題的特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了共形陣列波束賦形的主要內(nèi)容，包括核心算法TPA（團(tuán)隊(duì)進(jìn)步算法）、陰影區(qū)域計(jì)算和波束成形。在標(biāo)準(zhǔn)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)步算法TPA的基礎(chǔ)上提出了自適應(yīng)因子使得TPA算法在運(yùn)行后期能更好地尋找到最優(yōu)值，并改進(jìn)其成員的進(jìn)步策略，得到了自適應(yīng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)步算法(ATPA)。然后列舉了4G雙極化移動(dòng)基站天線的例