【摘 要】
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第五代移动通信系统为应对未来大数据流量增长、大量的设备连接和各类新业务应运而生。要满足移动宽带通信中用户和业务容量的指数增长,实现5G愿景。首先要解决的是无线通信的容量的问题,毫米波大规模天线阵列技术和高低频混合组网是实现5G高速率、大容量通信的重要选择。目前,3.5GHz 5G基站组网已近尾声,毫米波5G基站才刚起步,微波毫米波跨频段基站天线是必然趋势,微波毫米波跨频段相控阵天线是其中的关键技术
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第五代移动通信系统为应对未来大数据流量增长、大量的设备连接和各类新业务应运而生。要满足移动宽带通信中用户和业务容量的指数增长,实现5G愿景。首先要解决的是无线通信的容量的问题,毫米波大规模天线阵列技术和高低频混合组网是实现5G高速率、大容量通信的重要选择。目前,3.5GHz 5G基站组网已近尾声,毫米波5G基站才刚起步,微波毫米波跨频段基站天线是必然趋势,微波毫米波跨频段相控阵天线是其中的关键技术。微波毫米波跨频段双频双极化微带天线的研究可为微波毫米波跨频段相控阵天线的研究提供重要参考价值,促进5G的发展进程。微带天线具有体积小、低剖面,易于制造以及易共形的特点,可满足无线通信技术对天线小型化和集成化的需求。本文设计了三种跨频段双频双极化微带天线。第一种多层式跨频段双频双极化微带天线采用层叠结构。该天线辐射贴片由下层贴片(小正方形贴片)和上层贴片(环正方形贴片)组成,环正方形贴片印制在开方形通孔的最上层基板上方,小正方形贴片印制在第二层基板上,同轴探针直接对小正方形贴片馈电,最下层基板上方的小微带线一段连接同轴探针,另一段连接另一铜探针对环正方形贴片馈电。该天线的仿真结果表明该天线10d B阻抗频带为4.8GHz-5GHz,24.7GHz-30GHz。天线高频辐射方向图中主极化比交叉极化大20d B以上。第二种天线采用单层贴片结构,在同一平面上设计分别工作在4.9GHz和26GHz的辐射贴片,高频和低频辐射贴片共用一个馈电端口且均可以在两个垂直方向馈电实现交叉方向的线极化辐射。仿真结果表明该天线工作在4.9GHz和26GHz,10d B的阻抗频带为4.85 GHz-4.95 GHz和25.67 GHz-26.23 GHz。最后制作实物,该天线测试的高频辐射方向图存在畸变和交叉极化隔离度差的问题。这是由于对高频辐射贴片馈电时,馈电信号会通过与低频辐射贴片连接的微带线耦合至高频辐射贴片的垂直方向,可使用低通滤波器将高频辐射贴片与低频辐射贴片之间的通道切断。第三种单片式跨频段双频双极化滤波天线采用单端口馈电,在一个平面上包含了高频低频两个辐射贴片,高频低频辐射贴片均可以在两个垂直方向馈电实现交叉方向的线极化辐射。并且在馈电点与低频辐射贴片之间插入一个低通滤波器,明显提高了高频辐射方向图中的交叉极化隔离度。研究结果表明,该天线10d B阻抗频带为4.77GHz-4.85GHz,25.45 GHz-26.3GHz,两个辐射频率的辐射方向图均体现良好的线极化特性,主极化比交叉极化大20d Bi。本文设计的三种天线。第一种天线采用层叠结构,实现了跨频段双频双极化辐射。第二种天线采用单层贴片结构,单端口馈电,在同一平面上实现了跨频段双频双极化辐射。第三种天线采用单层贴片结构,创新性的采用低通滤波器切断了高低频辐射贴片的微带线耦合通道,提高了高频辐射隔离度,实现了跨频段双频双极化辐射。本文设计的三款天线在未来微波与毫米波共用的5G通信终端天线或5G通信基站的MIMO天线阵元,相关技术和结论对于研制一体化集成的双频交叉极化相控阵天线也有重要参考价值。
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