基站智能天线阵列的优化设计
发布时间：2021-08-27 07:18
随着移动通信的快速发展,基站天线作为基站系统中不可或缺的重要部件,在移动通信中起到了至关重要的作用。在本文中分别设计了三款基站智能天线,其主要工作包括:1.首先设计了一款中心频率2.45GHz的单极子天线,将单极子进行两次折弯,使得天线的整体高度降低为十分之一波长。在天线基板底部加入四分之一波长高度的套筒将辐射方向图中增益最大点调整到所需要的水平面上。利用HFSS仿真软件对天线模型中的尺寸参数进行优化,并且通过功率传输效率最大化方法优化出最优激励。在馈电部分,设计了一款电压控制电路给阵列天线提供计算出的最优激励。最后加工出实物进行测试,将测试结果与实验结果进行对比,结果表明该天线拥有较好的全向性能和定向性能。对比相同结构的电控无源阵列（ESPAR）天线,四单元天线阵列在最优激励下,定向增益比同类型的七单元ESPAR天线阵列提高了 2.7dBi。2.鉴于八木天线拥有良好的方向性和较高的增益,本文分别设计了两款工作于830MHz和1800MHz的八木智能天线。以中心频率830MHz为例,四分之一波长为90mmm,加入套筒形地大幅度增加了天线的高度,所以在该天线阵列结构设计中引入八木天线结构...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１中心频率２．４ＧＨｚ全向偶极子天线
装在地面上用于无线通信的定向天线来说，天线方向性只要求在水平面起到作用。对于??用于卫星和空间通信应用的定向天线，这设计过程中还需要考虑到方位和海拔角度。举??例如图２．３所示，八木天线作为一种典型的定向天线被广泛运用到生活中，从图２．４中??可以明显看出八木天线波束具有明确的指向性，通过加入反射器和多个引向器可以增加??天线的定向增益。??Ｊｍａｌｎ?＞ａｂｅａｍａ（??上?：?。义??图２．３八木偶极子天线实物图?图２．４八木偶极子天线定向方向图??（３）机械天线??机械天线是指机械调整下倾角度的移动天线。机械倾斜意味着将天线围绕一个轴进??行物理的旋转，从而改变辐射方向图的形状和偏向Ｍ』３４］。如图２．５是一款工作于??９０２？９２８ＭＨｚ的机械天线。机械倾斜是通过给天线单元激励中加入相位缩减来实现的。??机械天线工作原理如图２．５所示，以水平面为基准，通过调节下倾的角度来控制最大辐??射方向指向用户。经过反复的实验和总结：机械天线的最佳下倾角度为１°?￣５°时，其??水平面方向图的形状基本不发生变化。下倾角度为５°？１０°时，方向图稍有变形尚可投??入使用。当大于丨０°时，方向图严重变形成鸭梨形、纺锤形等，甚至出现了方向图分裂，??此时不能投入正常使用。??％?Ｗ??Ｉ?＾?ｈｏｒｉｚｏｎ??Ｗ）??图２．５机械天线实物图?２．６机械天线原理图??在实际应用选择天线下倾角的时候还必须考虑基站周围的环境因素，例如山体、水??平、墙体等。机械天线日常的维护和保养过程十分麻烦
装在地面上用于无线通信的定向天线来说，天线方向性只要求在水平面起到作用。对于??用于卫星和空间通信应用的定向天线，这设计过程中还需要考虑到方位和海拔角度。举??例如图２．３所示，八木天线作为一种典型的定向天线被广泛运用到生活中，从图２．４中??可以明显看出八木天线波束具有明确的指向性，通过加入反射器和多个引向器可以增加??天线的定向增益。??Ｊｍａｌｎ?＞ａｂｅａｍａ（??上?：?。义??图２．３八木偶极子天线实物图?图２．４八木偶极子天线定向方向图??（３）机械天线??机械天线是指机械调整下倾角度的移动天线。机械倾斜意味着将天线围绕一个轴进??行物理的旋转，从而改变辐射方向图的形状和偏向Ｍ』３４］。如图２．５是一款工作于??９０２？９２８ＭＨｚ的机械天线。机械倾斜是通过给天线单元激励中加入相位缩减来实现的。??机械天线工作原理如图２．５所示，以水平面为基准，通过调节下倾的角度来控制最大辐??射方向指向用户。经过反复的实验和总结：机械天线的最佳下倾角度为１°?￣５°时，其??水平面方向图的形状基本不发生变化。下倾角度为５°？１０°时，方向图稍有变形尚可投??入使用。当大于丨０°时，方向图严重变形成鸭梨形、纺锤形等，甚至出现了方向图分裂，??此时不能投入正常使用。??％?Ｗ??Ｉ?＾?ｈｏｒｉｚｏｎ??Ｗ）??图２．５机械天线实物图?２．６机械天线原理图??在实际应用选择天线下倾角的时候还必须考虑基站周围的环境因素，例如山体、水??平、墙体等。机械天线日常的维护和保养过程十分麻烦
【参考文献】：
期刊论文
[1]对5G移动通信发展的思考[J]. 尤肖虎. 中兴通讯技术. 2015(01)
[2]5G移动通信发展趋势与相关关键技术的探讨[J]. 彭景乐. 中国新通信. 2014(20)
[3]第四代（4G）移动通信技术研究[J]. 张洋祥. 软件导刊. 2009(06)
[4]蜂窝移动通信基站天线技术研究进展[J]. 陈胜兵,焦永昌,张福顺,刘其中. 西安电子科技大学学报. 2003(06)
[5]浅谈移动通信基站天线系统设计[J]. 李卫,郭骅. 邮电设计技术. 2003(08)
[6]智能天线的原理、自适应波束形成算法的研究进展与应用[J]. 桑怀胜,李峥嵘. 国防科技大学学报. 2001(06)
[7]智能天线的原理和实现[J]. 李世鹤. 电信建设. 2001(04)
[8]世纪之交的天线技术[J]. 章文勋. 电波科学学报. 2000(01)
硕士论文
[1]第三代移动通信基站天线设计与实现[D]. 赵旭.南京理工大学 2006
本文编号：3365918
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１中心频率２．４ＧＨｚ全向偶极子天线
装在地面上用于无线通信的定向天线来说，天线方向性只要求在水平面起到作用。对于??用于卫星和空间通信应用的定向天线，这设计过程中还需要考虑到方位和海拔角度。举??例如图２．３所示，八木天线作为一种典型的定向天线被广泛运用到生活中，从图２．４中??可以明显看出八木天线波束具有明确的指向性，通过加入反射器和多个引向器可以增加??天线的定向增益。??Ｊｍａｌｎ?＞ａｂｅａｍａ（??上?：?。义??图２．３八木偶极子天线实物图?图２．４八木偶极子天线定向方向图??（３）机械天线??机械天线是指机械调整下倾角度的移动天线。机械倾斜意味着将天线围绕一个轴进??行物理的旋转，从而改变辐射方向图的形状和偏向Ｍ』３４］。如图２．５是一款工作于??９０２？９２８ＭＨｚ的机械天线。机械倾斜是通过给天线单元激励中加入相位缩减来实现的。??机械天线工作原理如图２．５所示，以水平面为基准，通过调节下倾的角度来控制最大辐??射方向指向用户。经过反复的实验和总结：机械天线的最佳下倾角度为１°?￣５°时，其??水平面方向图的形状基本不发生变化。下倾角度为５°？１０°时，方向图稍有变形尚可投??入使用。当大于丨０°时，方向图严重变形成鸭梨形、纺锤形等，甚至出现了方向图分裂，??此时不能投入正常使用。??％?Ｗ??Ｉ?＾?ｈｏｒｉｚｏｎ??Ｗ）??图２．５机械天线实物图?２．６机械天线原理图??在实际应用选择天线下倾角的时候还必须考虑基站周围的环境因素，例如山体、水??平、墙体等。机械天线日常的维护和保养过程十分麻烦
装在地面上用于无线通信的定向天线来说，天线方向性只要求在水平面起到作用。对于??用于卫星和空间通信应用的定向天线，这设计过程中还需要考虑到方位和海拔角度。举??例如图２．３所示，八木天线作为一种典型的定向天线被广泛运用到生活中，从图２．４中??可以明显看出八木天线波束具有明确的指向性，通过加入反射器和多个引向器可以增加??天线的定向增益。??Ｊｍａｌｎ?＞ａｂｅａｍａ（??上?：?。义??图２．３八木偶极子天线实物图?图２．４八木偶极子天线定向方向图??（３）机械天线??机械天线是指机械调整下倾角度的移动天线。机械倾斜意味着将天线围绕一个轴进??行物理的旋转，从而改变辐射方向图的形状和偏向Ｍ』３４］。如图２．５是一款工作于??９０２？９２８ＭＨｚ的机械天线。机械倾斜是通过给天线单元激励中加入相位缩减来实现的。??机械天线工作原理如图２．５所示，以水平面为基准，通过调节下倾的角度来控制最大辐??射方向指向用户。经过反复的实验和总结：机械天线的最佳下倾角度为１°?￣５°时，其??水平面方向图的形状基本不发生变化。下倾角度为５°？１０°时，方向图稍有变形尚可投??入使用。当大于丨０°时，方向图严重变形成鸭梨形、纺锤形等，甚至出现了方向图分裂，??此时不能投入正常使用。??％?Ｗ??Ｉ?＾?ｈｏｒｉｚｏｎ??Ｗ）??图２．５机械天线实物图?２．６机械天线原理图??在实际应用选择天线下倾角的时候还必须考虑基站周围的环境因素，例如山体、水??平、墙体等。机械天线日常的维护和保养过程十分麻烦
【参考文献】：
期刊论文
[1]对5G移动通信发展的思考[J]. 尤肖虎. 中兴通讯技术. 2015(01)
[2]5G移动通信发展趋势与相关关键技术的探讨[J]. 彭景乐. 中国新通信. 2014(20)
[3]第四代（4G）移动通信技术研究[J]. 张洋祥. 软件导刊. 2009(06)
[4]蜂窝移动通信基站天线技术研究进展[J]. 陈胜兵,焦永昌,张福顺,刘其中. 西安电子科技大学学报. 2003(06)
[5]浅谈移动通信基站天线系统设计[J]. 李卫,郭骅. 邮电设计技术. 2003(08)
[6]智能天线的原理、自适应波束形成算法的研究进展与应用[J]. 桑怀胜,李峥嵘. 国防科技大学学报. 2001(06)
[7]智能天线的原理和实现[J]. 李世鹤. 电信建设. 2001(04)
[8]世纪之交的天线技术[J]. 章文勋. 电波科学学报. 2000(01)
硕士论文
[1]第三代移动通信基站天线设计与实现[D]. 赵旭.南京理工大学 2006
本文编号：3365918
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