基于慢波传输线的小型化电调天线移相器设计
发布时间：2021-06-10 08:36
移动通信的网络覆盖在很大程度上取决于基站天线的性能,这直接影响着我们的通信体验。如今的移动通信系统对基站天线的性能提出了更多更高的指标要求。比如在人口密集的城市,为了优化网络覆盖,这就要求天线能改变垂直面波束倾角或水平面波束角度。而天线中实现馈电相差调整的装置就是移相器,其性能又直接影响到电调天线性能。因此,研究用于基站天线的移相器,具有重大意义。本文主要设计了两种小型化移相器:一出七微带扇形移相器和一出五滑动空气带状线移相器。首先总结了各类移相器的发展历程,并分析对比现有移相器的优劣。选取了合适的方案作为本文的设计,探究了移相器的基本原理和关键技术。通过计算微带扇形移相器的弧形线路长度和滑动空气带状线移相器的等效带状线长度,概述了移相模块、功分模块的设计及阻抗匹配,最主要的是,两种移相器均采用慢波结构,微带扇形移相器分馈线路中的弧形线路采用波形结构,因此在相同的尺寸下移相量更大,而使用波形结构也更加容易匹配,使移相器更方便地进行移相操作,同时也方便了调节天线波束的下倾角。滑动空气带状线移相器的移相段包括依次连接的多个折叠子结构,形成慢波结构,实质增加了移相段用于馈电的长度,能够在相同...
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１基站电调天线
碩士学位论文??ＭＡＳＴＩ＇Ｒ?ＳＴｉｌｌ?ＳＩＳ??第２章移相器原理与关键技术??２．１移相器原理??２．１．１电调天线基本原理??（１）阵列天线??如图２－１所示，基站天线由馈电网络与阵列单元组成，而阵列天线的辐射方向??图［２２］取决于：阵列单元个数和间距、各单元的幅相，这也决定了阵列天线的主瓣、??旁瓣、增益等特性［２３］。??Ｓ＼??｜?Ｉ?＼?ｉ???＼?ｉ?ｄ?丨?丨?／???？?Ｍ?？?ｉ??丨、’?＿元??图２－１基站电调天线?图２－２阵列天线平面模型??如图２－２所示，在ＸＯＹ面放置天线阵列，每个单元馈一定幅度相位的电流，假??如天线波束倾角为０，各个辐射单元的电磁波在等相面上同相叠加，则两路相邻的??信号波程差［２４］为ｄ?？?ｓｉｎ０，那么两个辖射单元相邻的馈电相位差为：??ｄ（ｆ）?＝?ｋｄｓｉｎｄ?（２－１）??其中，ｄ为阵列单元间距，ｋ为波数。??假设第ｉ个辐射单元的电流为／，叫，它位于坐标远原点时对应的阵方向图为??／（０，０），则合成的阵列方向图为：??？Ｆ（０，少）＝２ｔｉ／ｉ?（沒，０）?？八．［／Ａ］?？?—?Ｉ）ｆｅｄｓｉｎ０ｓｉｎ０］?（２－２）??由式（２－２）知，尽管各个辐射单元的阵方向图／ｉ（０，０）不一样，但同时为阵列方??向图优化提供了更多的自由度，在实际应用中，可以通过优化／＃＜＾的幅度相位来获??得较高的增益和更好的副瓣。??７??
／ｊ＃ｙ＼?Ｍ士学位伦文??ＭＡＳＴＩ．Ｒ?Ｓ１１Ｕ：Ｓ１Ｓ??（２）波束扫描??相位扫描原理［２５］可解释为：如图２－３所示，Ｎ个单元阵列间距为ｄ，当所有单元??相位呈等相分布时，天线主波束为法线方向。如图２－４所示，当每个单元相位呈相??差＜／＞时，主波束为若改变０值，主波束０。也会随之改变。??最大下倾角与相邻辐射单元的相位差的关系式：??０?＝?（２－３）??其中；Ｉ是天线的波长，ｄ为天线振子单元的间距。??电调天线的移相器可以通过连续改变馈电相位差０，从而实现对阵列天线下倾??角０。的波束扫描。??１?１?Ｉ?４?勺一＇＊??卜ｄ—?｜ｙ?，?Ｉｎ??ｙ?ｙ?Ｙ?丫天线单元??Ｑ?天??图２－３阵列天线波束赋形原理图?图２－４电调天线波束下倾图??（３）波束赋形??波束赋形是为了适应特定的应用需求，针对天线方向图的赋形技术。在通信领??域，常用的赋形方法是上旁瓣抑制和下零点填充，即减少邻区干扰和塔下盲区。如??图２－５所示。赋形决定了天线的方向性系数损失及副瓣。??目前最常用的方法：１、各单元的馈电幅度和相位同时动态调整；２、馈电幅度??一定的情况下，馈电相位动态调整。在目前的通信领域，主要采用第二种方式。??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]5G移动通信系统发展综述[J]. 刘雪飞. 卫星电视与宽带多媒体. 2019(08)
[2]基于现代学徒制的天线制作课程建设与实践[J]. 刘雪燕. 电脑知识与技术. 2019(09)
[3]基于遗传算法的赋形天线阵列优化设计[J]. 贺怡,蔡明波,武哲. 微波学报. 2016(S1)
[4]周期性慢波结构的微带线威尔金森功分器[J]. 林俊明,郑耀华,章国豪. 电子技术应用. 2017(02)
[5]基于周期性加载慢波结构的双频Wilkinson功分器的设计[J]. 林俊明,郑耀华,张志浩,章国豪. 微波学报. 2016(02)
[6]一种GSM多波束天线的研究[J]. 王辉. 科技展望. 2015(20)
[7]一种用于TD-LTE电调智能天线的宽频移相器[J]. 张晓,薛锋章. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2014(03)
[8]新型三等分Wilkinson功分器在高效率功放中的应用[J]. 陈慰,陶学敏,赵娜. 电讯技术. 2011(08)
[9]V形微带曲折线慢波结构高频特性的仿真分析[J]. 陈常婷. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2010(03)
[10]微带型曲折线慢波结构的研究[J]. 彭自安. 电子学报. 1983(04)
博士论文
[1]钛酸锶钡非线性介质薄膜的高介电调谐率和低介电损耗的研究[D]. 彭东文.上海大学 2005
硕士论文
[1]面向5G密集网络的干扰协调算法研究[D]. 黄晨.重庆邮电大学 2016
[2]应用于基站天线的宽频移相器研究与设计[D]. 张晓.华南理工大学 2014
[3]PCIE2.0高速串行总线信号完整性分析[D]. 田天.内蒙古大学 2014
[4]新型波束扫描漏波天线研究[D]. 段剑洁.北京交通大学 2015
[5]宽阻带微带低通滤波器的设计与研究[D]. 吕绪敬.电子科技大学 2013
[6]应用于基站电调天线的多端口移相器设计[D]. 吴绪镇.华南理工大学 2012
[7]微波不连续性问题的研究与数据库的开发[D]. 张瑞.合肥工业大学 2010
本文编号：3222053
【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１基站电调天线
碩士学位论文??ＭＡＳＴＩ＇Ｒ?ＳＴｉｌｌ?ＳＩＳ??第２章移相器原理与关键技术??２．１移相器原理??２．１．１电调天线基本原理??（１）阵列天线??如图２－１所示，基站天线由馈电网络与阵列单元组成，而阵列天线的辐射方向??图［２２］取决于：阵列单元个数和间距、各单元的幅相，这也决定了阵列天线的主瓣、??旁瓣、增益等特性［２３］。??Ｓ＼??｜?Ｉ?＼?ｉ???＼?ｉ?ｄ?丨?丨?／???？?Ｍ?？?ｉ??丨、’?＿元??图２－１基站电调天线?图２－２阵列天线平面模型??如图２－２所示，在ＸＯＹ面放置天线阵列，每个单元馈一定幅度相位的电流，假??如天线波束倾角为０，各个辐射单元的电磁波在等相面上同相叠加，则两路相邻的??信号波程差［２４］为ｄ?？?ｓｉｎ０，那么两个辖射单元相邻的馈电相位差为：??ｄ（ｆ）?＝?ｋｄｓｉｎｄ?（２－１）??其中，ｄ为阵列单元间距，ｋ为波数。??假设第ｉ个辐射单元的电流为／，叫，它位于坐标远原点时对应的阵方向图为??／（０，０），则合成的阵列方向图为：??？Ｆ（０，少）＝２ｔｉ／ｉ?（沒，０）?？八．［／Ａ］?？?—?Ｉ）ｆｅｄｓｉｎ０ｓｉｎ０］?（２－２）??由式（２－２）知，尽管各个辐射单元的阵方向图／ｉ（０，０）不一样，但同时为阵列方??向图优化提供了更多的自由度，在实际应用中，可以通过优化／＃＜＾的幅度相位来获??得较高的增益和更好的副瓣。??７??
／ｊ＃ｙ＼?Ｍ士学位伦文??ＭＡＳＴＩ．Ｒ?Ｓ１１Ｕ：Ｓ１Ｓ??（２）波束扫描??相位扫描原理［２５］可解释为：如图２－３所示，Ｎ个单元阵列间距为ｄ，当所有单元??相位呈等相分布时，天线主波束为法线方向。如图２－４所示，当每个单元相位呈相??差＜／＞时，主波束为若改变０值，主波束０。也会随之改变。??最大下倾角与相邻辐射单元的相位差的关系式：??０?＝?（２－３）??其中；Ｉ是天线的波长，ｄ为天线振子单元的间距。??电调天线的移相器可以通过连续改变馈电相位差０，从而实现对阵列天线下倾??角０。的波束扫描。??１?１?Ｉ?４?勺一＇＊??卜ｄ—?｜ｙ?，?Ｉｎ??ｙ?ｙ?Ｙ?丫天线单元??Ｑ?天??图２－３阵列天线波束赋形原理图?图２－４电调天线波束下倾图??（３）波束赋形??波束赋形是为了适应特定的应用需求，针对天线方向图的赋形技术。在通信领??域，常用的赋形方法是上旁瓣抑制和下零点填充，即减少邻区干扰和塔下盲区。如??图２－５所示。赋形决定了天线的方向性系数损失及副瓣。??目前最常用的方法：１、各单元的馈电幅度和相位同时动态调整；２、馈电幅度??一定的情况下，馈电相位动态调整。在目前的通信领域，主要采用第二种方式。??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]5G移动通信系统发展综述[J]. 刘雪飞. 卫星电视与宽带多媒体. 2019(08)
[2]基于现代学徒制的天线制作课程建设与实践[J]. 刘雪燕. 电脑知识与技术. 2019(09)
[3]基于遗传算法的赋形天线阵列优化设计[J]. 贺怡,蔡明波,武哲. 微波学报. 2016(S1)
[4]周期性慢波结构的微带线威尔金森功分器[J]. 林俊明,郑耀华,章国豪. 电子技术应用. 2017(02)
[5]基于周期性加载慢波结构的双频Wilkinson功分器的设计[J]. 林俊明,郑耀华,张志浩,章国豪. 微波学报. 2016(02)
[6]一种GSM多波束天线的研究[J]. 王辉. 科技展望. 2015(20)
[7]一种用于TD-LTE电调智能天线的宽频移相器[J]. 张晓,薛锋章. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2014(03)
[8]新型三等分Wilkinson功分器在高效率功放中的应用[J]. 陈慰,陶学敏,赵娜. 电讯技术. 2011(08)
[9]V形微带曲折线慢波结构高频特性的仿真分析[J]. 陈常婷. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2010(03)
[10]微带型曲折线慢波结构的研究[J]. 彭自安. 电子学报. 1983(04)
博士论文
[1]钛酸锶钡非线性介质薄膜的高介电调谐率和低介电损耗的研究[D]. 彭东文.上海大学 2005
硕士论文
[1]面向5G密集网络的干扰协调算法研究[D]. 黄晨.重庆邮电大学 2016
[2]应用于基站天线的宽频移相器研究与设计[D]. 张晓.华南理工大学 2014
[3]PCIE2.0高速串行总线信号完整性分析[D]. 田天.内蒙古大学 2014
[4]新型波束扫描漏波天线研究[D]. 段剑洁.北京交通大学 2015
[5]宽阻带微带低通滤波器的设计与研究[D]. 吕绪敬.电子科技大学 2013
[6]应用于基站电调天线的多端口移相器设计[D]. 吴绪镇.华南理工大学 2012
[7]微波不连续性问题的研究与数据库的开发[D]. 张瑞.合肥工业大学 2010
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