【摘 要】
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大规模天线阵列是5G（第5代移动通信）网络宏覆盖的主流形式,典型采用至多192个辐射单元形成64TR（3单元合成为一路子阵输出）通道,以满足网络覆盖的电性能需求。然而,过多的64收发通道数量带来基站主设备成本和尺寸以及长期应用中的功耗和散热等难题,影响了5G的应用进程。通过引入移相器使之简化为32TR,以及将主设备端的32路滤波器前移到天线端,将化解以上难题。因此,研究具有移相和滤波功能的32TR
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大规模天线阵列是5G（第5代移动通信）网络宏覆盖的主流形式,典型采用至多192个辐射单元形成64TR（3单元合成为一路子阵输出）通道,以满足网络覆盖的电性能需求。然而,过多的64收发通道数量带来基站主设备成本和尺寸以及长期应用中的功耗和散热等难题,影响了5G的应用进程。通过引入移相器使之简化为32TR,以及将主设备端的32路滤波器前移到天线端,将化解以上难题。因此,研究具有移相和滤波功能的32TR小型化大规模天线高集成馈电网络,并达到与64TR系统相当的电气性能,具有设计难度和实用意义。本文对有源一体化大规模天线及其馈电网络中的关键器件移相器、介质滤波器的研究现状和设计原理进行了简要阐述,并根据设计要求,制定出馈电网络系统的布局方案,在3.4GHz～3.6GHz的5G频段,针对集成在馈网中的移相器及滤波器展开研究和设计工作。首先,分析了各类移相器的特点和适用性,选定耦合线滑动型移相器作为设计类型,遵循小型化原则提出了一种低剖面小体积U型移相器,在15mm滑动行程内达到158°相移量,并提出了一种在不增加腔体外形尺寸的前提下消除腔体谐振的方法;同时,利用现代滤波综合设计方法,提出一种陶瓷填充的介质波导型带通滤波器,通过设置交叉耦合结构引入传输零点,在实现50d B带外抑制的同时达成了小型化,所设计的滤波器性能稳定、体积小巧,可表贴于馈电网络PCB板,具备实用性。本文设计并制作了完整的高集成馈电网络,包含上述移相器和介质波导滤波器实物,经测试各项指标均符合设计要求。最后,将完整的馈电网络系统应用于32TR的双极化大规模天线样机中,实测结果显示:天线整机在3.4GHz～3.6GHz工作频段内驻波小于1.5;在2°～12°波束下倾范围的平均增益达到23.2d Bi;下倾角误差小于1°;副瓣抑制水平优于15d B。相对于64TR阵列,本文所设计的32TR移相滤波集成馈电网络系统不但满足天线电性能的覆盖需求,而且在尺寸和成本以及应用中的功耗和散热等方面极具优势,对应的产品已批量生产并投放市场,具有良好的应用前景。
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