应用于5G通信的可重构天线研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hbhszs
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面对日益复杂的通信环境与日益增长的业务需求,未来通信系统需要更多的天线设备完成多频段、多状态电磁信号的收发。使用尽可能少的天线工作在尽可能多的状态是减小通信设备体积、降低系统资源消耗及提升电磁兼容性的有效手段。在这一发展趋势下,对具备多种工作状态可调节性能的可重构天线的研究越来越受到关注,具有重要的学术意义和实际意义。立足于5G通信基站的应用需求,本文从天线各结构的工作原理入手,通过理论分析与电磁仿真相结合的方式,依次对频率可重构辐射贴片、集成巴伦馈线以及人工磁导体反射面进行了研究与设计,最终设计了一种的±45°双极化频率可重构天线,搭建了天线模型,并对天线模型进行了仿真模拟与加工测试。在具体的研究工作中,探究了不同偶极子辐射贴片的辐射特性,分析了频率可重构性能的实现方法,使天线的三个工作状态分别覆盖2.5-2.7GHz、3.3-3.6GHz和4.8-5GHz。由于频率可重构天线工作有多个工作状态,不同的输入阻抗使天线馈线的设计存在挑战,本文特别地对一种改进的集成巴伦进行了研究分析,并根据分析思路完成了天线的阻抗匹配调节。为提高天线增益,在上一步所设计的天线下方加装人工磁导体反射面。缘于频率可重构天线对多频人工磁导体的需要,本文对人工磁导体单元结构的反射特性进行了研究分析,设计了一种具有三个同相反射频段的双圆环嵌套单元结构的人工磁导体反射面。仿真结果显示,加装人工磁导体反射面在未牺牲天线效率的基础上,为三个工作状态中心频率的增益分别带来了5.3d B、5.7d B和3.95d B的提升,达到7.8d Bi、8.38d Bi和8.02d Bi。三个工作状态下,天线的阻抗带宽的仿真值分别为2.4-2.75GHz、2.99-3.73GHz和3.95-5.64GHz,测试值分别2.36-2.74GHz、3.18-3.7GHz和4.55-5.97GHz。通频带内的端口隔离度仿真值大于26d B,测量值大于20d B。主辐射方向上交叉极化比大于28d B,±60°辐射方向内的交叉极化比达到21d B,满足设计要求。
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