面向第五代移动通信的双极化宽频天线研究与设计

发布时间：2021-11-24 04:07

　　作为导行电磁波和空间电磁波的关键转换器件,天线在通信系统中扮演举足轻重的角色。最近几年,随着互联网+行业受国家大力推动,通信用户量与需求的与日俱增,因此,通信天线发展的要求也越来越多。一方面,天线的覆盖面要尽量宽,以覆盖更多通信用户终端,这就要求设计天线在满足工作宽带宽增益高的情况下还要保证覆盖面尽可能的宽。另一方面,由于低频微波频段的频谱资源越来拥挤,人们把研究目光转向了频谱资源更丰富的毫米波频段。但是毫米波存在大气吸收损耗大传输距离短的问题,因此人们在设计毫米波天线时尽可能地提高天线增益。2017年,中国工信部颁布了5G通信的低频段为3.4-3.6GHz和4.8-5.0GHz,5G毫米波频段24.75-27.5GHz,37-42.5GHz。本文所设计的天线基于以上的频段。本文设计了面向5G的波束宽度可重构双极化天线、毫米波双线极化/双圆极化天线、应用于5G毫米波的3D打印天线一共三款天线,对应提出低频天线宽覆盖面、毫米波天线高增益与低成本方案,从这些研究技术点出发,本文首先回顾了5G通信时代的天线研究背景和意义,并且对中外研究现状进行了简要介绍,紧接着给出了磁电偶极子高阶模谐振腔等... 

【文章来源】：深圳大学广东省

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

(a)Y形馈电四折叠型偶极子双极化天线(b)差分馈电双极化天线

面向第五代移动通信的双极化宽频天线研究与设计2Ding-LiangWen等人在2016年的文献[2]提出了一种将两个Y形馈线和四个折叠型偶极子结合的双极化天线，阻抗匹配带宽为1.7-2.25GHz（相对带宽27.8%），可应用于2G/3G通信频段。他们接着在2017年的文献[3]设计了一种利用十字形差分馈电结构与在辐射贴片的附近添加附加环的双极化天线，获得52%更加宽的带宽和优于26.3dB的端口隔离度。另外，JinxinLi等人在文献[4]通过引入非对称磁耦合结构，使得双极化天线端口隔离度在频率2.35-2.8GHz内高于45dB。HeHuang等人为了引入抗干扰特性，在文献[5]中使用两个正交偶极子和在馈电线附近放置C形附加片，实现了52.6%的宽带宽，获得2.27至2.53GHz的陷波带，以覆盖2G/3G/4G频段。图1-1(a)Y形馈电四折叠型偶极子双极化天线(b)差分馈电双极化天线图1-2(a)磁耦合结构双极化天线(b)双极化陷波天线B.Q.Wu等人于文献[6]利用磁-电偶极子的方向图互补的优点，在K.M.Luk设计的宽带磁电偶极子天线基础上设计出了一种宽带双极化天线。如图1-3，该天线由两条正交的г形馈电线、结构对称的四块金属片和金属柱组成的电磁偶极子和去盖盒子形反射器组成，阻抗带宽达到了67%(驻波比SWR<2)，有高隔离度（大于36dB）以及9.5dBi的平稳增益，其辐射方向图在整个频带范围内是稳定的，可用于GSM1800(1.7-1.88GHz)，CDMA1900（1.85-1.99GHz）和TD-SCDMA(2.01-2.2025GHz)的移动通

面向第五代移动通信的双极化宽频天线研究与设计3信频段。图1-3双极化磁电偶极子天线如今有不少研究人员将可重构与磁电偶极子天线联系在一起实现宽H面波束可重构。YujianLi在文献[7]设计一种地面折叠使H面波束拓宽的线极化偶极子天线。如图1-4所示，通过适当地将水平方向的接地面形成在H平面方向（即xoz平面）的梯形折叠，就能拓宽H面的波束。要精准调节H面波束宽度就需要再在两个相垂直放的侧壁高度做调整。该天线可以实现75度左右的E面波束宽度，在整个阻抗匹配频带宽实现波束宽度稳定、前后比（F/B）较高和阻抗带宽较宽的性能。但是这天线只覆盖了2.37-3.76GHz的频带，其带宽不能满足5G新一代通信的需求，我们可以借鉴这种设计优化方法在此基础上接着研究。图1-4宽H面磁电偶极子天线结构2015年，LeiGe在文献[8]提出一种由磁-电偶极子和相位可调的一分三馈电网络结合的三元线性阵列，可应用于基站中并且实现窄带波束可重构。如图1-5该天线阵列可以通过改变中间的天线元的励磁电流位相而拥有了波束宽度变窄和变宽的切换功能，而电流位相的改变又是由可重构位相延迟器和一分三的功分器结合形成的微带馈电网络


本文编号：3515203