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移动通信系统中的天线研究

卜安涛  
【摘要】: 随着移动通信技术的飞速发展,系统越来越复杂,对天线性能的要求越来越高,因此对移动通信系统中天线的研究是一个有重大理论意义和工程意义的课题。本论文结合国防预研项目“×××智能天线和零位天线关键技术研究”以及信息产业部项目“TD-SCDMA智能天线系统的开发及产业化”,对移动通信系统中的天线、智能天线技术进行了深入的研究。作者的主要工作和创造性成果可概括如下: 1.由矩量矩阵出发,采用电压源馈电模型,提出矩量法中关于本征激励模型的新定义:即阵列中一个单元激励,而其它单元均短路。此外还采用本征激励法把其它基于阵因子的综合方法得出的阵列口径电流激励系数转化为电压激励系数,该系数可以作为电压系数直接作用于有耦合的直线阵列,并在有耦合的阵列上形成与理想阵列一致的方向图。该方法可用于复杂阵列的优化中,因为在优化过程中可以大大减少精确的电磁场分析次数,因此可减少复杂阵列综合的时间。最后给出的算例验证了思路的正确性。 2.研究了蜂窝移动通信中基站天线的水平面扇形波束赋形以及垂直面余割赋形综合技术。采用矩量法对天线模型进行分析,并采用遗传算法对阵列的结构、各阵元位置及激励相位等参数进行了优化。通过这两种方法的结合应用,综合出了期望的方向图。根据分析结论制作出了天线实物,天线的测试结果与理论结果吻合很好,相关设计方案已经在实际基站中得到应用。 3.将遗传算法应用于TD—SCDMA智能天线系统中的前端阵列设计,并给出平面阵设计实例,其中包括阵列方向图仿真、单元损坏分析、阵列单元设计、阵列馈电网络匹配设计以及天线罩对天线方向图影响分析等方面。设计出的智能天线阵列可以实现业务波束和扫描波束两种工作状态,该结果目前已经用于TD—SCDMA系统工程试验中,具有较好的工程意义。 4.研究了圆形智能天线系统前端接收天线阵列中的耦合问题。针对圆形阵列中单元间相互耦合作用引起单元水平面方向图的畸变这一问题,分析了未激励单元的互耦作用以及这些单元端接电缆的加载作用对激励单元阵中方向图的影响。依据多端口理论,把研究的结构等效为多端口网络,提出使用迭代方法求解未激励端口的匹配阻抗。并由结构对称性,提出使未激励端口加载阻抗与激励端口输入阻抗相等,以减小单元阵中方向图畸变,降低单元水平方向图不圆度,以满足智能天线系统要求。并给出设计实例。 5.研究了对称振子的双臂交角对其辐射方向图的影响,通过改变对称振子的两臂夹角获得了E面为宽波束天线,并由此设计出两种宽波束水平极化天线;同样通过改变对振子单臂夹角、或者振子馈电点位置两种方法来获得对称振子E面赋形波束天线,并给出设计实例验证了理论的正确性。


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