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新一代无线移动通信基站天线关键技术研究

发布时间:2019-09-18 19:27 来源:未知 编辑:admin

  新一代无线移动通信基站天线关键技术研究_信息与通信_工程科技_专业资料。新一代无线移动通信基站天线关键技术研究 基站天线作为无线移动通信中连接用户通讯的桥梁,通过信息交 换和处理中心,实现各种通讯终端之间的信息发送和接收,是移动通 信系统中至关重要的一部分。第四代移动通信

  新一代无线移动通信基站天线关键技术研究 基站天线作为无线移动通信中连接用户通讯的桥梁,通过信息交 换和处理中心,实现各种通讯终端之间的信息发送和接收,是移动通 信系统中至关重要的一部分。第四代移动通信大规模商用的实际经验 以及第五代移动通信如火如荼的开发测试都表明,基站天线越来越成 为制约系统性能的瓶颈。在新一代无线移动通信的关键技术中,亟待 解决的与基站天线相关的难点和挑战,主要表现为:在保持天线小型 化的同时,扩展频带,实现多种通信制式的兼容;提高隔离度,实现同 频同时全双工;抑制多输入多输出系统中阵列天线单元之间表面波的 传输,减小无线通信信道的相关性,从而实现良好的抗多径干扰效应, 增加通信容量;改善无线同频接入/回传系统中收发天线阵列间辐射 场的互耦,缩小系统尺寸,避免产生自激,填补覆盖盲区从而提高通信 网络的衍射覆盖能力。新一代无线移动通信基站天线关键技术的突破 不仅包含无限的商业价值,也是天线领域的前沿技术之一,充满巨大 的学术价值,尤其是极高隔离度和去耦合技术的研究。基于多频带/ 宽频带天线和人工超材料的相关基础理论,本文重点研究了以下四个 方面:多频带小型化天线的设计、宽带极高隔离度天线的设计、多输 入多输出天线阵中天线单元去耦合结构的设计和应用于无线中继系 统的电磁隔离结构的设计。论文的主要内容和研究工作概述如下:1. 论文绪论首先介绍了新一代无线移动通信系统的研究背景和发展趋 势。之后,回顾了新一代无线移动通信基站天线关键技术的国内外研 究动态,主要从移动通信基站天线、人工超材料和自干扰信号对消技 术这三个方面进行介绍。根据博士期间具体的研究项目,归纳总结了 本文的主要创新点,并介绍了全文的主要内容和结构安排。2.低剖面 双频双极化天线阵及馈电网络一体化的设计首先,针对微带天线及馈 电网络进行了理论分析,并介绍了矩形微带贴片、圆形微带贴片、微 带功分器和微带定向耦合器的一般性设计方法。之后,针对工作于 4G FDD-LTE 频段 1 的小型化低剖面微基站天线阵,提出了一种小型化的 双频带双极化天线。该天线由一种作为寄生单元的圆形贴片和一种作 为主辐射单元的准十字槽圆形贴片组成。这两种贴片分别印刷于上下 两层介质基板上。通过印刷电路板上的金属过孔对天线进行馈电,实 现了良好的阻抗匹配、端口隔离度和稳定的辐射方向图。将该天线 天线阵,并提出了一种简单的无源馈电网络。通过该网络, 能够容易地调节天线阵列的输入幅度和相位。该无源电路由四组 T 型 功分器和两组正交定向耦合器组成。通过控制馈电端口的相位差,可 以实现对阵列方向图波瓣宽度的调节,实现波束赋形。仿真设计和实 验测试验证了该设计方案的可行性。3.宽带双极化极高隔离度磁耦合 馈电微带天线的设计针对工作于 WIFI、4G FDD-LTE 频段 7、4G TDD-LTE 频段 38 的低剖面宽带极高隔离度全双工微基站天线,提出了一种新 型的磁耦合馈电结构的双极化微带天线。该天线的辐射单元采用了一 种简单的矩形微带贴片。馈电结构印刷于两张垂直放置介质基板的两 面,包含一个金属开口环、一个类金属开口环和一对开路传输线。该 新型磁耦合馈电结构以磁耦合的方式对矩形微带贴片进行激励,在 20% 的相对阻抗带宽范围内,不仅实现了驻波比小于 1.5 的良好阻抗匹配 特性,而且也保证了 45dB 的极高隔离度。仿真和实测结果十分吻合, 并针对实测隔离度的误差进行了理论分析。4.新型人工周期结构和无 源对消馈电网络的设计针对分别工作于 4G FDD-LTE 频段 7、4G TDD-LTE 频段 38 的极高隔离度 MIMO 天线阵和小型化超高隔离度微基 站天线,基于上述磁耦合馈电天线,分别提出了一种新型人工周期结 构和一种无源对消馈电网络,进一步提高端口隔离度。针对该新型人 工周期结构和无源对消馈电网络,进行了加工测试,测试结果表明隔 离度增强效果良好。5.用于无线 Relay 天线阵去互耦的超材料表面背 腔的设计首先,对于人工超材料的原理和主要仿真方法进行了介绍和 归纳总结。针对工作于 4G FDD-LTE 频段 7、4G TDD-LTE 频段 38 的小 型化低剖面无线同频接入/回传基站天线阵,基于上述准十字槽天线, 提出了一种新型的超材料表面背腔。该结构主要是由一对频率选择表 面和一对负折射媒质组成,再与金属反射板一起,形成一个包围天线 的开放式腔体,从而实现天线单元各端口去耦合的效应。鉴于该超材 料表面背腔良好的去耦合效果,将其进行再设计并应用于 2×4 的回 传天线阵。仿真和实测结果表明,该超材料表面背腔不仅可以抑制同 极化端口的电磁耦合,而且还能够抑制交叉极化端口的电磁耦合。

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