S波段低剖面高隔离双极化直线阵的研究

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2.43-2.5GHz、2.4-2.53GHz，VSWR＜1.5，隔离度超过62.7dB，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0.5λ0（λ0为2.45GHz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21.4dB，阵元内隔离度优于40.3dB。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 天线的发展历程

1.2.1 双极化天线的研究进展

1.2.2 双极化基站天线的研究进展

1.3 论文主要工作和内容安排

第二章 双极化天线基础理论

2.1 天线简述

2.2天线基本特性

2.2.1天线的辐射原理

2.2.2天线的特性参数

2.3 双极化天线的分析方法

2.4 阵列天线基本理论

2.4.1 方向图乘法原理

2.4.2 一维直线阵

2.5 本章小结

第三章 低剖面高隔离双极化天线的设计

3.1 天线设计要求

3.2 双极化天线的实现方式

3.2.1 天线的形式与馈电方式

3.2.2 差分馈电的实现方案

3.3 低剖面高隔离双极化天线的设计与结果分析

3.3.1 天线结构设计

3.3.2 仿真结果与分析

3.4 本章小结

第四章 1×8低剖面高隔离双极化直线阵设计

4.1 未去耦的1×8双极化直线阵的仿真分析

4.2 天线间互耦的影响与去耦分析

4.2.1 互耦的来源以及互耦对天线的影响

4.2.2 天线去耦分析及去耦方案

4.3 添加中和线的双极化直线阵仿真与分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献