【摘 要】
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随着信息时代的蓬勃发展,通信技术也在不断的革新,为了满足人们日益提升的通信需求,第五代移动通信系统（5G）应运而生,作为承载物联网和大数据时代的新基建,5G在未来智慧城市的建设中将成为不可或缺的载体。基站天线作为移动通信系统的重要组成部分,负责基站与终端设备之间无线信号的发射与接收。目前商用的5G基站天线主要工作在Sub-6波段,为了克服相对较高的传输损耗和日趋复杂的空间电磁干扰,新一代基站天线采
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随着信息时代的蓬勃发展,通信技术也在不断的革新,为了满足人们日益提升的通信需求,第五代移动通信系统（5G）应运而生,作为承载物联网和大数据时代的新基建,5G在未来智慧城市的建设中将成为不可或缺的载体。基站天线作为移动通信系统的重要组成部分,负责基站与终端设备之间无线信号的发射与接收。目前商用的5G基站天线主要工作在Sub-6波段,为了克服相对较高的传输损耗和日趋复杂的空间电磁干扰,新一代基站天线采用了大规模多输入多输出（Massive MIMO）技术和波束自适应调节技术,提升了5G的商用能力,为新兴产业的发展提供了平台。本文主要研究了新型基站天线的设计与波束综合算法在大规模阵列中的应用,具体工作内容如下:1.宽带双频基站天线的研究。首先针对传统通信频段,设计了一种工作频段覆盖1.7-2.7 GHz的双极化基站天线单元,它具备结构紧凑、方向图稳定和高隔离度等特点。基于上述单元,通过增加鼠耳型枝节和寄生覆层,进一步改进设计出一种覆盖1.7到2.7 GHz与3.4到3.6 GHz的宽带双频双极化基站天线单元,其具备在工作频带内增益值稳定和高隔离度的优点,能够满足2/3/4/5G移动通信系统的指标要求。2.宽带天线单元及阵列的研究设计,在前述的宽带基站天线设计的基础上,保持单元方位面尺寸不变,通过在天线单元内部增加旗帜型高频枝节来实现宽频工作特性,其工作频段覆盖1.55-3.3 GHz。将该单元组成6单元直线阵,仿真与测试结果均表明该天线阵列的辐射方向图稳定、交叉极化隔离度高且增益在工作频带内保持稳定,能够满足基站通信的需求。3.利用自适应波束综合算法对大规模天线阵列进行特定波束综合的研究。出于简化仿真结构,提升算法效率的目的,我们设计了一款工作频段覆盖3.4-3.6 GHz的T型偶极子天线,采用自适应差分进化算法（SADE）对单元方向图进行函数拟合,将逼近函数作为单元因子,以特定的阵列辐射方向图综合为目的,由MATLAB软件对直线阵和平面阵的阵元激励幅度与相位进行最优化设计,将综合得到的幅度与相位分布代入高频电磁结构仿真软件中进行仿真,两种结果的高度吻合验证了算法的有效性。
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