基于差分馈电的毫米波微基站天线设计与研究

发布时间：2020-07-06 14:09

【摘要】：目前,毫米波通信的发展日新月异,许多通信设备商已经设计出应用于毫米波频段的微基站天线,并在外场测试中取得一系列成果。本论文基于对宏基站天线的性能指标和对毫米波天线的调研,研究设计应用于第五代移动通信的毫米波微基站天线,该天线能够较好的满足微基站天线性能指标。本论文主要的工作内容包括:1.提出一款加载金属铜柱结构的毫米波微基站天线。该天线包括刻蚀“U”型槽的辐射贴片结构、差分馈电线、金属铜柱、金属馈电柱和介质基板。通过差分馈电结构的仿真优化,实现端口180~o差分馈电,进而实现较宽的频带,相对带宽为24.1%(26.6GHz-33.9GHz),端口隔离度达到20dB,平均增益为6.9dBi,交叉极化为17dB,通过改变天线表面的电流强度,从而改善天线辐射方向图性能和阻抗带宽。实测结果表明,天线的VSWR2在工作频段(26.1GHz-29.1GHz),端口隔离度优于23dB,满足微基站天线的应该要求。2.研究设计了一款加载短路探针结构的毫米波微基站天线,通过微带差分馈电实现输出端口180~o相位差,结合加载探针,使贴片与地面相连接,实现阻抗匹配目的。该天线的相对带宽达到13.6%(28.6GHz-32.8GHz),两端口隔离度在整个频段内高于26dB,能够满足设计指标的要求。最后对加载金属铜柱结构的微基站天线进行加工测试。3.将加载金属铜柱结构的毫米波微基站天线作为单元,研究设计了一种八单元阵列天线,通过优化阵元间距,得到最佳波束,为实现波束赋形提供参考。该天线能够很好满足设计的工作带宽(26.5GHz-30.5GHz),天线单元之间的隔离度为25dB,各极化端口之间的隔离度达到25dB,电压驻波比小于1.5,具有较为稳定的方向图特性和低交叉极化。天线性能满足设计要求,为大规模天线阵列的设计提供了一种参考。综上所述,本论文设计的毫米波微基站天线具有宽频化、稳定方向图等特性,能够满足下一代移动通信的应用要求。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN828.6
【图文】：

(a) 馈电端口一 (b) 输出相位图 3.2 差分馈电天线端口一11S 和输出端相位差的仿真结果图如图 3.2(a)所示，差分馈电天线端口一的11S 在频段 26.5GHz-35GHz 内满足11S 1 5dB，三个矩形贴片很好地实现了带宽的匹配，较宽微带线的长度则实现了相位差，并增加了带宽。在 27.5GHz 和 32GHz 出现两个谐振点，很好的实现了带宽的增加。由于在毫米波频段，微带线自身存在一定的色散问题以及匹配微带线的物理长度存在差异，所以在低频点的匹配不如高频点的匹配。如图 3.2(b)所示，天线在低频段(25GHz-26GHz)的两输出端口之间的相位差在o o180 20，这是由于馈电线的放置位置，末节微带线的长度致使在低频段的时候有些误差。在 26GHz-30GHz，输出端口之间比较好的满足相位差为o180 ，这可以有效地扩大天线的带宽。在高频段，输出端口的相位差小于o180 ，原因与馈电端口一类似，且带宽的匹配并不是无限的。所以本论文设计的差分馈电端口一可以比较好的使用在天线的整体结构仿真

其目的也是为了调节端口的匹配问题。弯折可以有效地减小端口的反射系数，并实现匹配，增加带宽。L22L23L24L25L26L27L28L29L30L31L32L33L34L35图 3.3 馈电端口二的结构示意图

图 3.8 金属柱半径对天线的11S 的影响辐射贴片上的“U”型开槽可以改变它表面的电流路影响。图 3.9 分别为“U”型槽外边长度 L1，侧边影响。由图 3.9(a)可知，高频部分的阻抗匹配受 L2 的增加，频点向低频方向移动。图 3.9(b)可振频点随着 L1 的增大几乎不移动。如图 3.9(c)11 在低频部分向更低频点移动，在高频部分影响。综合对图 3.6 曲线结果的比较，可以得知：“U影响较大，对低频部分的影响较小，只是频点

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

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2 程勇;朱亮;俞斌;吴迪;;双L探针馈电中心短路的高增益宽带贴片天线[J];微波学报;2010年05期

相关博士学位论文 前2条

1 杨天杨;微波毫米波集成天线技术研究[D];东南大学;2015年

2 金祖升;介质覆盖基片集成波导缝隙天线研究[D];国防科学技术大学;2013年

相关硕士学位论文 前2条

1 陈磊;TD-LTE基站天线研究[D];华南理工大学;2013年

2 肖勇才;宽带小型化基站天线的研究[D];华南理工大学;2013年

本文编号：2743737