新一代無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信基站天線(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、基站天線(xiàn)作為無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信中連接用戶(hù)通訊的橋梁，通過(guò)信息交換和處理中心，實(shí)現(xiàn)各種通訊終端之間的信息發(fā)送和接收，是移動(dòng)通信系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分。第四代移動(dòng)通信大規(guī)模商用的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)以及第五代移動(dòng)通信如火如荼的開(kāi)發(fā)測(cè)試都表明，基站天線(xiàn)越來(lái)越成為制約系統(tǒng)性能的瓶頸。在新一代無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)中，亟待解決的與基站天線(xiàn)相關(guān)的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為：在保持天線(xiàn)小型化的同時(shí)，擴(kuò)展頻帶，實(shí)現(xiàn)多種通信制式的兼容；提高隔離度，實(shí)現(xiàn)同頻同時(shí)全雙工；抑制多輸

2、入多輸出系統(tǒng)中陣列天線(xiàn)單元之間表面波的傳輸，減小無(wú)線(xiàn)通信信道的相關(guān)性，從而實(shí)現(xiàn)良好的抗多徑干擾效應(yīng)，增加通信容量；改善無(wú)線(xiàn)同頻接入/回傳系統(tǒng)中收發(fā)天線(xiàn)陣列間輻射場(chǎng)的互耦，縮小系統(tǒng)尺寸，避免產(chǎn)生自激，填補(bǔ)覆蓋盲區(qū)從而提高通信網(wǎng)絡(luò)的衍射覆蓋能力。新一代無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信基站天線(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的突破不僅包含無(wú)限的商業(yè)價(jià)值，也是天線(xiàn)領(lǐng)域的前沿技術(shù)之一，充滿(mǎn)巨大的學(xué)術(shù)價(jià)值，尤其是極高隔離度和去耦合技術(shù)的研究?；诙囝l帶/寬頻帶天線(xiàn)和人工超材料的相關(guān)基礎(chǔ)理論，

3、本文重點(diǎn)研究了以下四個(gè)方面：多頻帶小型化天線(xiàn)的設(shè)計(jì)、寬帶極高隔離度天線(xiàn)的設(shè)計(jì)、多輸入多輸出天線(xiàn)陣中天線(xiàn)單元去耦合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)中繼系統(tǒng)的電磁隔離結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴介紹了新一代無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究背景和發(fā)展趨勢(shì)?；仡櫫诵乱淮鸁o(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信基站天線(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，主要從移動(dòng)通信基站天線(xiàn)、人工超材料和自干擾信號(hào)對(duì)消技術(shù)這三個(gè)方面進(jìn)行介紹。根據(jù)博士期間具體的研究項(xiàng)目，歸納總結(jié)了本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，并介

4、紹了全文的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排。⑵針對(duì)微帶天線(xiàn)及饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了理論分析，并介紹了矩形微帶貼片、圓形微帶貼片、微帶功分器和微帶定向耦合器的一般性設(shè)計(jì)方法。之后，針對(duì)工作于4G FDD-LTE頻段1的小型化低剖面微基站天線(xiàn)陣，提出了一種小型化的雙頻帶雙極化天線(xiàn)。該天線(xiàn)由一種作為寄生單元的圓形貼片和一種作為主輻射單元的準(zhǔn)十字槽圓形貼片組成。這兩種貼片分別印刷于上下兩層介質(zhì)基板上。通過(guò)印刷電路板上的金屬過(guò)孔對(duì)天線(xiàn)進(jìn)行饋電，實(shí)現(xiàn)了良好的阻抗匹配、端

5、口隔離度和穩(wěn)定的輻射方向圖。將該天線(xiàn)單元組成2×2天線(xiàn)陣，并提出了一種簡(jiǎn)單的無(wú)源饋電網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)，能夠容易地調(diào)節(jié)天線(xiàn)陣列的輸入幅度和相位。該無(wú)源電路由四組 T型功分器和兩組正交定向耦合器組成。通過(guò)控制饋電端口的相位差，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)陣列方向圖波瓣寬度的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)波束賦形。仿真設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方案的可行性。⑶針對(duì)工作于WIFI、4G FDD-LTE頻段7、4G TDD-LTE頻段38的低剖面寬帶極高隔離度全雙工微基站天線(xiàn)，提出了

6、一種新型的磁耦合饋電結(jié)構(gòu)的雙極化微帶天線(xiàn)。該天線(xiàn)的輻射單元采用了一種簡(jiǎn)單的矩形微帶貼片。饋電結(jié)構(gòu)印刷于兩張垂直放置介質(zhì)基板的兩面，包含一個(gè)金屬開(kāi)口環(huán)、一個(gè)類(lèi)金屬開(kāi)口環(huán)和一對(duì)開(kāi)路傳輸線(xiàn)。該新型磁耦合饋電結(jié)構(gòu)以磁耦合的方式對(duì)矩形微帶貼片進(jìn)行激勵(lì)，在20％的相對(duì)阻抗帶寬范圍內(nèi)，不僅實(shí)現(xiàn)了駐波比小于1.5的良好阻抗匹配特性，而且也保證了45dB的極高隔離度。仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果十分吻合，并針對(duì)實(shí)測(cè)隔離度的誤差進(jìn)行了理論分析。⑷針對(duì)分別工作于4G FD

7、D-LTE頻段7、4G TDD-LTE頻段38的極高隔離度MIMO天線(xiàn)陣和小型化超高隔離度微基站天線(xiàn)，基于上述磁耦合饋電天線(xiàn)，分別提出了一種新型人工周期結(jié)構(gòu)和一種無(wú)源對(duì)消饋電網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步提高端口隔離度。針對(duì)該新型人工周期結(jié)構(gòu)和無(wú)源對(duì)消饋電網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行了加工測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明隔離度增強(qiáng)效果良好。⑸針對(duì)工作于4GFDD-LTE頻段7、4GTDD-LTE頻段38的小型化低剖面無(wú)線(xiàn)同頻接入/回傳基站天線(xiàn)陣，基于上述準(zhǔn)十字槽天線(xiàn)，提出了一種新型的超