CMMB分集接收天线及基站阵列天线研究

摘要

近年来,移动通信飞速发展,传统的通信技术与卫星技术、多媒体技术、网络技术联系日趋紧密,各种新业务不断出现,如全球定位导航、移动电视广播、移动无线上网等等。这些应用得益于技术的进步,也促进着技术的发展,从通信原理到软硬件实现,从卫星到地面网络,从基站到移动终端,无不经历着巨大的变化。其中,移动电视广播由于其受众最为广泛而受到普遍欢迎。2006年,我国将CMMB定为移动多媒体广播的行业标准,也使得移动电视接收技术的研究得到越来越多的关注。在这一背景下,本文主要针对CMMB卫星信号车载接收方案以及具体天线设计进行了研究,采用了极化分集的接收天线,设计了两种双圆极化、宽波束的结构,分析了某些结构特征对天线性能的影响。另外,对需求广泛的基站阵列天线进行了研究,设计了两种TD-SCDMA基站定向阵列天线,简化了单元结构,满足了指标要求。本文首先概述了研究背景和意义,介绍了卫星信号接收天线的类型、分集技术以及相应发展情况,简要叙述了移动通信基站天线的常见形式和智能天线的基本原理。随后在CMMB框架下进行了星地链路分析,得出了天线方向图的覆盖范围和增益需求；讨论了信道衰落和基本传播模型,说明了地面增补和相应分析的必要性；将射线法用于多径分析,基于几何绕射和反射理论推导了双径信号的具体表示和极化改变,分析了圆极化波旋向变化及轴比退化特性；基于此采用双圆极化宽波束天线分集接收作为解决方案,通过相关性分析证明了方案可行性,比较并选择了相对合适的合并方案。在此基础上研究了天线的具体形式,基于分集方案、天线指标和车载环境,设计了带寄生贴片和大型地板反射面的缝隙耦合双圆极化微带天线；分别进行了基模和高次模形式的天线优化,得到了良好的匹配和隔离,达到增益和轴比要求的波束宽度满足要求,基模天线低于3dB轴比的波束宽度为148°,二次模天线方向图和轴比图则能更为准确地指向对应区域；重点分析了寄生贴片和地板尺寸的影响,说明了寄生贴片和大型地板反射面对天线性能尤其是轴比特性的改善作用。另外,研究了TD-SCDMA基站天线的具体设计,给出了正交矩形贴片单元和开槽椭圆贴片单元两种偶极子设计,简化了结构,降低了剖面,改善了电流分布,提高了天线增益；结合不同馈电网络和校准网络的设计,形成了两种组合方案,进行了加工测试,验证了仿真结果,得到了良好的匹配特性,各频点增益基本高于15dB,E面方向图下倾角指向准确,3dB波束宽度E面大于7°,H面大于90°,前后比接近30dB。各项指标满足或超过标准要求。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 卫星信号接收天线

1.2.1 高增益定向天线

1.2.2 小型宽波束天线

1.2.3 天线分集技术

1.3 移动通信基站天线

1.3.1 基站天线常见形式

1.3.2 智能天线

1.4 本文主要工作

1.4.1 主要工作

1.4.2 章节安排

第二章 车载卫星电视信号接收方案

2.1 CMMB 框架及链路分析

2.1.1 CMMB 标准及系统框架

2.1.2 星地链路分析

2.2 移动信道传播特性

2.2.1 信道衰落与改善措施

2.2.2 城市环境与传输损耗

2.2.3 绕射分析与极化改变

2.3 天线分集方案

2.3.1 三种基本分集方案比较

2.3.2 双圆极化分集技术

2.3.3 分支相关性分析

2.3.4 分集合并技术

2.4 本章小结

第三章 双圆极化宽波束微带天线

3.1 天线指标要求的确定

3.1.1 天线辐射方向图与增益

3.1.2 极化特性与轴比方向图

3.2 缝隙耦合双圆极化微带天线

3.2.1 基本结构与分析

3.2.2 贴片形状的比较

3.2.3 寄生贴片的作用

3.2.4 地板尺寸的影响

3.3 高次模双圆极化微带天线

3.3.1 高次模辐射基本原理及特点

3.3.2 天线结构与性能

3.3.3 寄生贴片的作用

3.3.4 地板尺寸的影响

3.4 本章小结

第四章 TD-SCDMA 基站天线

4.1 类型、构成及要求

4.2 天线单元设计

4.2.1 正交矩形贴片单元

4.2.2 开槽椭圆贴片单元

4.2.3 平衡非平衡馈电比较

4.3 馈电网络设计

4.3.1 微带整体馈电

4.3.2 微带转同轴馈电

4.4 校准网络设计

4.4.1 校准网络原理结构

4.4.2 校准网络测试结果

4.5 整体测试结果

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 主要结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的学术研究成果