S波段低剖面高隔离双极化直线阵的研究

发布时间：2020-07-01 06:54

【摘要】：随着无线通信技术的飞速发展,通信频段资源日渐短缺,对于能高速率传递信号的天线需求也变得日益迫切。因此,如何充分利用有限的频谱资源,改善无线通信的传输速率和质量至关重要。双极化天线是由两个正交的线极化天线组成,在空间上的相关性最小,可以有效节省单个线极化天线的数量以及提高频谱利用率。同时,这种天线不仅可以解决收发天线极化方向之间的不匹配,还可以处理多径衰落问题。此外,双极化天线的极化方式属于极化分集的一种,还可降低天线系统整体的成本。事实上,双极化基站天线在通信系统中承担着关键的环节,并且天线性能与整个通信网络的覆盖质量息息相关。目前,一体化的基站天线已经引起了广泛关注,其中减小辐射单元的剖面是天线小型化的关键之一,并且在小型化的同时如何提高天线阵元间的隔离度对双极化天线而言也至关重要。本课题旨在探讨低剖面、高隔离度的双极化天线以及降低端口间互耦的方法。本文的研究内容包括:第一,论文首先综述了近些年来基站天线和双极化天线的研究情况和发展历史,并对天线的辐射原理、电路参数以及辐射参数进行了简要阐述,以二元阵为例,导出了方向图乘法原理和一维直线阵的阵列因子。第二,设计了一款低剖面高隔离的双极化天线单元,即水平极化采取H型缝隙耦合馈电,垂直极化则利用探针馈电的方法。考虑到天线的隔离度问题,利用槽线宽带匹配巴伦对单元采用差分馈电,而且给出了理论分析以及仿真设计的详细过程。其结果为:水平极化和垂直极化工作频段分别为2.43-2.5 GHz、2.4-2.53GHz,VSWR1.5,隔离度超过62.7 dB,符合天线单元的设计需求。第三,基于上述单元,设计并仿真了一副阵间距是0.5λ_0(λ_0为2.45 GHz的自由空间波长)1×8双极化直线阵列,随后详细讨论了互耦的来源以及去耦技术。本文采取中和线去耦,相邻阵元的同相去耦效果达到21.4 dB,阵元内隔离度优于40.3dB。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN820;TN92
【图文】：

高隔离度,双极化,矩形槽,缝隙

电子科技大学硕士学位论文抑制了多径衰落，提高了信道容量。双极化天线是同时处在收发双工模式下的一种天线技术。按极化方式来分类，常见形式有±45°或水平极化、垂直极化两副极化方向相互正交的天线。双极化方形贴片天线作为实际应用中最为常见的类型，其工作于 TM10、TM01模式，在当前研究和应用领域受到高度关注。1988 年，C. H. Tsao 等人报道的双极化微带贴片天线[4]，通过在地板刻蚀十字耦合缝隙，两端口馈电网络共用一层介质基板，但要获得高隔离度性能需要增加一个空气桥，这加大了实际实现的复杂度。此后，F. F. Dubrovka 等人把一对矩形槽排成 T 型，这样做的目的有利于降低两个矩形槽之间的耦合，改善两端口间的隔离，其中隔离度可达 40 dB[5]。为减小矩形缝隙长度，并降低交叉极化水平，1999年 S. Hienonen 等人设计的基于 H 型缝隙，可以有效代替传统的矩形缝隙[6]，实现高隔离度特性，且这种结构有助于提升缝隙与贴片之间的耦合，如图 1-1 所示。

结构图,槽天线,双极化,结构图

图 1-2 双极化槽天线结构图2011 年，J. Lu 等人提出了一种十字缝隙馈电的高隔离双极化天线[9]，如。该天线具有对称的馈电网络，并采用多层介质基板堆叠技术，来改隔离度。微带线馈电结构简单且易于实现，末端做成凹字型，以降低单元边缘的耦合强度，从而进一步改善端口极化隔离度。所设计的天4 GHz 至 3.6 GHz，两个馈电端口的回波损耗 S11、S22在 3.3 GHz 至 3范围内优于-10 dB，输入阻抗频带宽达 500 MHz，对应的 VSWR ≤ 2 的宽大于 14%。在 3.4 GHz 至 3.6 GHz 频率范围，天线的两个正交极化的达至 50 dB，其增益范围为 8.98 到 9.32 dB。

【参考文献】