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《西安电子科技大学》 2009年
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移动基站天线及波束赋形天线研究

黄友火  
【摘要】: 天线是移动通信系统的关键硬件设备之一。随着移动通信技术的飞速发展,系统越来越复杂,对天线性能的要求也越来越高。移动通信系统中的天线主要包括室外基站天线和室内覆盖用的基站天线。本文首先设计了基站天线的基本单元,并研究了遗传优化算法与爬山算法相结合的方法对基站天线进行波束赋形,设计了三副适合于室内覆盖系统用的美化基站天线;其次研究了适合于北斗卫星通信用的宽波束圆极化天线;最后研究了对波导缝隙阵天线分析用的HFSS二次开发软件,并利用该软件设计了两副波导缝隙阵雷达天线。作者的主要工作和创造性成果可概括为以下几个方面: 1.设计了两种新颖的双极化高隔离度的宽频带基站天线单元。第一种天线单元采用首尾相连的四个平面折合阵子构成,设计的第二种双极化宽带单元采用了圆形贴片折合阵子、耦合等技术。这些天线的带宽较宽,结构紧凑,已经应用到实际的移动通信系统中,是基站天线设计的基础。 2.研究了一种新的阵列天线方向图波束赋形综合方法。首先,利用了一种新的混合优化算法对阵列方向图赋形,该方法将传统的遗传算法和爬山算法相结合,提高了新算法的优化效率。其次,针对传统阵列综合中忽略阵元互耦导致优化结果不精确的问题,研究了将阵列环境下阵元方向图带入优化过程的方法,将阵元互耦对阵列单元方向图的影响纳入考虑范围,提高了计算结果的准确性。最后将该算法应用到基站天线的垂直面赋形和TD-SCDMA天线的广播波束、业务波束的赋形。 3.设计了三副适合室内基站用的宽频带及多频带天线。第一副天线采用倒锥与球形截体相结合,天线具有宽带小型化特性,适合于室内吸顶天线用;第二副天线采用了三维渐变的馈电结构和贴片耦合等技术,该天线具有双频宽带、波束微向下倾斜的特性,适合安装在室内墙体的上半部分或靠近天花板位置。第三副天线是一副超薄的平面印刷天线,天线具有三频宽带特性,天线只有2mm厚,使得该天线可以方便的安装在室内任何部分,起到很好的隐蔽伪装作用。 4.利用所研究的几种展宽波束宽度的方法,包括高介电常数法、介质表面波、优化地面结构、向下弯曲的十子交叉阵子等方法设计了一副三频段双圆极化组合天线,设计结果满足北斗卫星天线需要的低仰角性能。 5.利用优化算法结合NEC2设计了一副具有半球形覆盖性能、低交叉极化鉴别率、低仰角锐截止的高性能赋形宽波束圆极化天线,该天线适合于机场等卫星自动导航登陆系统的接收天线应用。 6.通过对著名商业软件HFSS的二次开发,设计了一副方位面具有低副瓣特性的连续波雷达缝隙阵天线。同时通过将窄边波导放置在喇叭内减小了俯仰面的波束宽度,也提高了天线的增益和连续波雷达天线收发端口的隔离度。 7.利用HFSS二次开发的CAD软件和遗传爬山混合优化算法,设计了一副大型窄边波导缝隙阵天线,该天线实现了方位面针波束低副瓣特性,俯仰面具有余割平方波束特性。
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