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宽带偶极子天线稳定展宽波束的方法研究

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图目录

第1章绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1,2.1 定向天线波束展宽的研究进展

1.2.2 天线波束宽度宽带内稳定性的研究进展

1.3 论文的主要工作内容与章节架构

第2章 宽波束电磁偶极子天线设计

2.1 引言

2.2 宽波束电磁偶极子天线单元设计

2.2.1 电磁偶极子天线设计原理

2.2.2 宽波束电磁偶极子天线初步设计

2.3 天线波束宽度的带内稳定性优化

2.3.1 成对定向偶极子天线辐射特性稳定的原理

2.3.2 宽波束电磁偶极子天线的波束宽度稳定性优化

2.3.3 宽波束电磁偶极子天线的制作与测试

2.4 宽波束电磁偶极子天线阵列设计

2.4.1 阵列天线初步仿真设计

2.4.2 阵列天线性能分析与优化

2.5 本章小结

第3章 宽波束平面偶极子天线设计

3.1 引言

3.2 宽波束平面偶极子天线单元设计

3.2.1 线极化平面偶极子天线设计原理

3.2.2 宽波束平面偶极子天线初步设计

3.2.3 寄生单元谐振特性分析

3.2.4 天线等效电路模型分析

3.3 天线波束宽度的带内稳定性优化

3.3.1 宽波束平面偶极子天线的波束宽度稳定性优化

3.3.2 宽波束平面偶极子天线的制作与测试

3.4 宽波束平面偶极子天线阵列设计

3.4.1 阵列天线初步仿真设计

3.4.2 阵列天线性能分析与优化

3.5 本章小结

第4章 双极化宽波束偶极子天线设计

4.1 引言

4.2 双极化宽波束偶极子天线单元设计

4.2.1 双极化平面偶极子天线设计原理

4.2.2 双极化宽波束偶极子天线设计

4.3 双极化宽波束偶极子天线阵列设计

4.3.1 阵列天线初步仿真设计

4.3.2 阵列天线端口隔离度优化

4.4 本章小结

第5章 结束语

5.1 论文工作总结

5.2 后续工作展望

参考文献

致谢

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摘要

在现代移动通信基站系统中,为兼顾宽工作带宽和广覆盖范围的需求,宽带宽波束天线被广泛使用。由于基站中常用定向偶极子天线作为辐射单元,所以本论文改进了三种偶极子天线,在宽带内稳定提升了它们的波束宽度。在30%以上的相对带宽下,维持其波束宽度的变化范围不超过10°。
  对于电磁偶极子天线,利用下倾天线两臂与反射板内倾侧壁相结合来提升E面波束宽度。为改善波束宽度的带内稳定性,将辐射结构拆分为对称的多个分支。测试结果表明,在1.9~2.7GHz频段内,天线E面波束宽度被稳定展宽到95°~102°,H面波束宽度被稳定展宽到98°~104°。在阵列天线设计中,通过适当调整两臂下倾角度和侧壁内倾角度,继续保持了稳定的宽波束辐射特性。
  对于平面偶极子天线,设计了顶部加载平面结构的金属柱,作为寄生单元加载于天线反射板上,展宽了E面和H面波束宽度。为分析其谐振特性,对加载寄生单元的天线提出了等效电路模型,并对模型进行了参数提取,对比仿真结果验证了正确性。然后采用多金属柱组合提升了天线的方向图带宽,测试结果表明,在2~2.7GHz频段内,天线E面波束宽度被稳定展宽到95°~103°,H面波束宽度被稳定展宽到96°~103°。在阵列天线设计中,由于阵元互耦导致了宽波束辐射性能退化。通过重新设计寄生单元的结构,将阵列天线的水平面波束宽度再次稳定展宽到98°左右。
  对于双极化偶极子天线,沿用上述提出的寄生单元并采用对角加载方式,展宽了水平面波束宽度。在1.8~2.6GHz频段内,其波束宽度被稳定展宽到85°~94°。在阵列天线设计中,通过引入金属隔离墙体,将异极化端口隔离度提高到了26dB。

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