【摘 要】
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随着第五代通信系统(5G)的普及和商用化,多输入多输出(MIMO)基站天线阵列的结构变得越来越紧凑,基站天线单元之间的电磁耦合也变得越来越强,这不仅导致天线的工作性能下降,同时也大大地增加了天线之间的相关性,从而降低了通信系统的通信质量和容量。然而,如何在宽带条件下,实现基站天线阵列的同频去耦,一直是工业界和学术界致力攻克的难题。基于此,本论文首先对国内外的终端天线以及基站天线的同频去耦方法进行了
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随着第五代通信系统(5G)的普及和商用化,多输入多输出(MIMO)基站天线阵列的结构变得越来越紧凑,基站天线单元之间的电磁耦合也变得越来越强,这不仅导致天线的工作性能下降,同时也大大地增加了天线之间的相关性,从而降低了通信系统的通信质量和容量。然而,如何在宽带条件下,实现基站天线阵列的同频去耦,一直是工业界和学术界致力攻克的难题。基于此,本论文首先对国内外的终端天线以及基站天线的同频去耦方法进行了研究和总结,然后提出了一款小型化的贴片基站天线,并发现小型化可以提高天线阵列间的初始隔离度,紧接着,提出了两种宽带同频去耦的方法,分别是吸波频率选择表面(FSS)去耦法和中和线去耦法,具体工作总结如下:1、提出了一款小型化的L型差分馈电的双极化C波段贴片天线,该天线的阻抗带宽为3.33 GHz~3.92 GHz(VSWR<1.5),与传统的贴片基站天线相比,该天线的尺寸缩小了42.8%。然后,对该小型化的贴片天线单元进行组阵,其中单元间距为λ0/2,发现小型化技术可以将两单元间的同极化隔离度提高2~3 d B,同时还能改善单元的自极化隔离度和单元间的异极化隔离度。最后,为了简化小型化贴片天线单元的结构,设计了一款单端馈电的小型化C波段贴片天线,该天线的阻抗带宽为3.34 GHz~3.96 GHz(VSWR<1.5),隔离度大于26.5 d B。2、基于对频率选择表面的研究,提出了一款介质加载的双向吸波FSS,该结构兼具薄和双向吸波的特性,在1.7 GHz~2.2 GHz频段内,其吸收率为76%~94%。然后,利用该双向吸波FSS对间距为λ0/2的缝隙天线二元阵列进行去耦,在宽带范围内,单元间的同极化隔离度可以提高10 d B以上,两单元间的异极化隔离度可以提高5~8 d B,而且单元的自极化隔离度和主极化辐射方向图基本不受影响。3、设计了一对相互垂直的加载电感元件的U型中和线。将中和线嵌入水平或斜向排列的二元交叉偶极子天线阵列中,其中两单元间的水平和垂直距离均为0.43λ0。研究发现在1.78 GHz~2.6 GHz的频段内,两单元间的同极化和异极化隔离度至少可以提高2~5 d B,而且中和线对天线单元的阻抗带宽和自极化隔离度影响较小。在1.8 GHz~2.5GHz频段内,中和线不仅对天线的主极化和交叉极化方向图基本没影响,而且对天线的方向性还有一定的增强作用。另外,通过对中和线关键参数的分析可知,中和线相对反射板的高度是影响去耦效果的主要因素,改变电感值可以调节去耦频段。
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