基于IMT-Advanced系统的高铁窄波束基站天线研究

摘要

IMT-Advanced系统，也称4G，即第四代移动通信系统，具有更大的系统容量和更高的数据速率。在慢移动和热点覆盖场景下可以达到1Gbps的峰值速率，在高速移动和广域覆盖场景下可以达到100Mbps的峰值速率。届时，IMT-Advanced系统可以支持更广泛的业务应用，提供更高质量的通信服务。
　　 作为通信系统的特殊应用场景—高铁运行环境，由于列车的高速移动，对通信系统提出了更高的要求。为了能够解决通信系统中出现的掉话、不能正常呼叫等问题，通常在铁路沿线安装窄波束天线，以达到对铁路沿线进行链状覆盖的效果，来由此改善通信质量。窄波束基站天线作为高铁通信中一个不可或缺的部分，发挥着重要的作用。因此，研究基于IMT-Advanced系统的窄波束基站天线具有重要意义。
　　 本文首先总结了常用于基站天线的单元形式，最终采用印刷偶极子天线作为高铁天线单元，采用基于有限元的仿真软件对印刷偶极子天线单元进行仿真分析，进而确定整个设计方案。接着在印刷偶极子天线单元上，通过切角、弯折、改变巴伦宽度等形式，扩展了单元天线的带宽。仿真结果表明，该双极化天线单元在1.71-2.69GHz的频率范围内，驻波比小于1.5，隔离度大于28dB，满足通信行业标准。接着分析了单元天线的辐射方向图。结果显示，该天线单元具有较好的水平面辐射特性。
　　 接下来分析了两种实现窄波束的方法:采用带抛物柱面的反射板与水平面组阵，最终采用水平面组阵的方式来实现所需的方向图。再根据所需的增益和垂直面波束宽度，在垂直面采用6个单元来满足垂直面方向图要求。仿真结果表明，在垂直面和水平面，该阵列天线均能得到较好地辐射性能，达到了设计的要求。
　　 最后，对天线的各项指标进行综合考虑，包括驻波比、隔离度、交叉极化比、前后比、水平面波束宽度，仿真得出最优模型，完成了整个基站天线设计。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要工作和结构安排

第2章 基站天线的基本理论和性能要求

2．1 基站天线的主要参数

2．1．1 基站天线的辐射参数

2．1．2 基站天线的电路参数

2．2 阵列天线理论

2．3 天线辐射不同极化分量之间的关系

2．4 本章小结

第3章 高铁通信的基站单元天线的研究

3．1 辐射振子的选择与仿真分析

3．2 天线单元的带宽研究

3．2．1 印刷贴片的研究

3．2．2 巴伦的研究

3．3 本章小结

第4章 天线的组阵研究

4．1 水平面方向图分析

4．1．1 抛物柱面侧板的研究

4．1．2 水平面组阵的研究

4．2 垂直面方向图分析

4．3 本章小结

第5章 基站天线的整体设计与分析

5．1 基站天线整体指标设计

5．2 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文