基于超表面结构的紧凑型微基站MIMO天线研究与设计

发布时间：2020-06-09 19:17

【摘要】：随着移动通信的快速发展,已全面部署的4G和即将到来的5G都势必面临着频谱利用率低及信道容量不足等诸多问题,传统宏基站逐渐难以满足上述需求,而采用小体积的微基站作为其补充设备可有效地改善目前状况。作为移动通信中不可或缺的部件,天线在微基站系统的运行中起着决定性作用。同时,多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术的应用使得天线在保证小型化的同时,需要满足更高的隔离度要求才能使得整个系统中天线单元独立正常工作。因此,研究具有小型化、高隔离度、宽频带等优良性能的微基站MIMO天线有着相当重要的价值。本论文的主要内容概述如下:1.为解决当前微基站MIMO天线所面临的耦合问题,设计一款加载超表面隔离墙的双极化微基站天线。该天线利用双极化天线作为MIMO天线单元以实现单元端口的高隔离特性,同时利用磁耦合馈电网络及底部感性圆槽来调节天线的阻抗匹配,保证天线具有足够的工作带宽;此外,MIMO天线单元间加载了单层凹字形闭环超表面隔离墙结构,利用其频率选择特性,在工作频段内对天线单元间产生的空间波起到抑制作用,有效地提高了天线单元的隔离性能。2.为进一步提高MIMO天线单元端口性能,保证天线组阵后具有较高的隔离度,研究设计了一款±45°微基站MIMO天线,该天线具有结构紧凑、高隔离的特点。通过采用磁耦合馈电网络及地板“H”型槽提高天线单元端口的隔离,利用曲流技术增加天线带宽;在对天线单元进行组阵时,采用双层不对称超表面隔离墙结构及矩形槽结构分别抑制单元间空间波及地表面波的干扰,从而提高单元隔离度。仿真与测试结果显示在工作频带2.5GHz-2.7GHz内,MIMO天线单元各端口的反射系数均小于-15dB,且隔离度均大于30dB,保证了单元结构独立工作。3.为了更进一步满足天线小型化、宽带化发展的趋势,在前两章基础上,设计了一款宽带微基站MIMO天线。该天线利用对称磁耦合馈电网络对辐射贴片进行馈电,提高了天线的稳定性;通过引入寄生方形贴片,改善了天线的辐射特性及隔离度。仿真及测试结果显示在工作频带2.45GHz-2.8GHz内,该天线的阻抗匹配程度良好且两端口隔离度大于30dB;此外,在对天线单元进行组阵时,通过加载单层凹字形闭环超表面隔离墙,利用其对空间波的抑制特性,很好地达到了降低MIMO天线单元间耦合的目的。
【图文】：

图 1.1 2013-2018 年移动宽带（3G/4G）用户发展情况图 1.2 2013-2018 年移动电话基站发展情况微基站通过利用现有的宏站网络资源，对覆盖范围内的基站和终端信号进行放大重发，，以实现立体化全方位移动通信信号的覆盖网络，可以有效覆盖网络信号盲区，扩大基站的覆盖范围，提高通信系统的质量。此外，微基站的小型化特征使得安装及迁移变得容易，也改善了基站的美观度，更容易被人们所接受。现如今微基站主要用于覆盖室外盲区及大型商场等人群密集的室内区域，弥补了宏基站所面临的困难[11-13]。同时，由于国内网络需要达到更深层次的覆盖，微基站基于其灵活的特性将被更多的应用于 5G 通信系统的网络建设及优化中。此外，在通信系统中，电磁波的传播过程会因受到大型障碍物的阻挡而发生多次折射、反射现象，最终与直射信号在信号接收机端相互叠加。此类多径效应产生的过程中，电磁波经由不同路径到达会导致各分信号相位不一致和具有时变性，信号能量会出现衰减，且由于时延不同，导致信号误码的情况的产生，对数字通信产

图 1.1 2013-2018 年移动宽带（3G/4G）用户发展情况图 1.2 2013-2018 年移动电话基站发展情况微基站通过利用现有的宏站网络资源，对覆盖范围内的基站和终端信号进行放大重发，以实现立体化全方位移动通信信号的覆盖网络，可以有效覆盖网络信号盲区，扩大基站的覆盖范围，提高通信系统的质量。此外，微基站的小型化特征使得安装及迁移变得容易，也改善了基站的美观度，更容易被人们所接受。现如今微基站主要用于覆盖室外盲区及大型商场等人群密集的室内区域，弥补了宏基站所面临的困难[11-13]。同时，由于国内网络需要达到更深层次的覆盖，微基站基于其灵活的特性将被更多的应用于 5G 通信系统的网络建设及优化中。此外，在通信系统中，电磁波的传播过程会因受到大型障碍物的阻挡而发生多次折射、反射现象，最终与直射信号在信号接收机端相互叠加。此类多径效应产生的过程中，电磁波经由不同路径到达会导致各分信号相位不一致和具有时变性，信号能量会出现衰减，且由于时延不同，导致信号误码的情况的产生，对数字通信产
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5;TN822

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张德文;;曲折臂天线[J];电子对抗技术;1989年01期

2 马静娴;;天线:我们的电子眼和耳[J];火控雷达技术;1989年02期

3 黄景熙;范治波;;锥削开槽天线的计算[J];武汉大学学报(自然科学版);1989年01期

4 王美焰;李畅;胡峰;;一种轻量化天线单元结构设计[J];机械与电子;2018年01期

5 张沛军;李雪帆;;天线单元间互耦对功率再分配的影响及相关问题[J];广播与电视技术;2007年06期

6 张延涛;;一种基于蝴蝶结型的天线单元的设计与实现[J];电子质量;2013年02期

7 蒋占军;赵新胜;尤肖虎;;一种分布式无线移动通信系统中远端天线单元动态选择模型[J];电子与信息学报;2007年02期

8 王朋;;某大型振动试验工装研究[J];电子机械工程;2016年05期

9 赵新胜;尤肖虎;朱定乾;;分布式无线移动通信系统中远端天线单元动态选择方法研究[J];电子与信息学报;2006年12期

10 杨建良,张钧,宋学诚;组合城墙式微带天线单元输入阻抗分析[J];湘潭大学自然科学学报;1993年04期

相关会议论文 前10条

1 陶晓瑛;杨建明;钟剑锋;;一种新型米波槽线天线单元的结构优化设计[A];土木工程新材料、新技术及其工程应用交流会论文集（上册）[C];2019年

2 张高领;刘淑芳;冯瑾;史小卫;;一种新型的紧耦合交织螺旋天线[A];2017年全国微波毫米波会议论文集（中册）[C];2017年

3 孙保平;付纳新;;某型雷达天线单元组件的检验方法[A];2008年电子机械与微波结构工艺学术会议论文集[C];2008年

4 罗宇;;高次压缩模式天线的研究[A];2019年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C];2019年

5 刘会来;王秉中;徐军;;一种新型的电可调阵列反射天线单元的研究[A];2005'全国微波毫米波会议论文集（第三册）[C];2006年

6 崔伦;黎铖;周俊娜;郭景丽;;一种用于5G手机的双频8端口MIMO天线[A];2018年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2018年

7 周江f;沈英达;;一种U形Adcock测向天线[A];2017年全国天线年会论文集（下册）[C];2017年

8 王灿;葛悦禾;孙竹;;一种宽带TD-LTE印制振子天线单元设计[A];2013年全国微波毫米波会议论文集[C];2013年

9 王春华;李建辉;吴文平;王晓辉;张捷;刘超;;全网通高精度组合天线[A];卫星导航定位与北斗系统应用2018——深化北斗应用 促进产业发展[C];2018年

10 王剑;费冬亮;张伟;梁广;贺连星;;一种高增益高可靠性的星载数传天线[A];2017年全国天线年会论文集（上册）[C];2017年

相关重要报纸文章 前1条

1 中国信息通信研究院 刘罡 吴翔;5G关键技术——Massive MIMO测试方案[N];人民邮电;2017年

相关博士学位论文 前10条

1 杨耀辉;无线通信终端天线多频及小型化技术研究[D];电子科技大学;2019年

2 金魁;新型第四代移动通信天线研究[D];南京航空航天大学;2017年

3 胡鹏飞;滤波天线融合设计技术研究[D];华南理工大学;2019年

4 王婧雪;毫米波基片集成互补源天线及阵列的研究[D];北京交通大学;2019年

5 习磊;高性能MIMO天线及阵列技术研究[D];西安电子科技大学;2019年

6 李超;北斗/GPS导航接收及抗干扰天线研究[D];西安电子科技大学;2019年

7 唐朝阳;宽频带多模天线及其阵列技术研究[D];西安电子科技大学;2019年

8 李杜;卫星导航系统高精度天线及其多径抑制技术研究[D];国防科技大学;2017年

9 杨明;小型化多频段宽带4G/5G手机天线和基站天线的研究与设计[D];安徽大学;2019年

10 黄河;移动通信系统中终端天线和基站天线的研究[D];西安电子科技大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 平艺伟;可重构MIMO天线的研究与设计[D];山西大学;2019年

2 朱海祥;滤波天线在体外通信的应用研究[D];华南理工大学;2019年

3 黎淼兰;差分馈电方向图可重构天线研究[D];华南理工大学;2019年

4 钱建锋;新型平面宽带及多频滤波天线研究[D];华南理工大学;2019年

5 欧阳捚;平面电磁互补型天线的研究[D];华南理工大学;2019年

6 张然;非均匀压缩天线与水天线研究[D];华南理工大学;2019年

7 林国英;高增益多重极化可重构天线研究[D];华南理工大学;2019年

8 程s

本文编号：2705126