移動通信雙頻基站天線的設(shè)計

1、山東大學(xué)碩士學(xué)位論文移動通信雙頻基站天線的設(shè)計姓名：唐潤乾申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：電子與通信工程指導(dǎo)教師：趙輝20050420原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名：廛絲】童塾日期：絲墮：鯉絲盟關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明本人完全了解山東大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留或向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授

2、權(quán)山東大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文和匯編本學(xué)位論文。（保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）論文作者簽名：虛近絲導(dǎo)師簽名：山東大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要本論文主要研究了一種雙頻板狀移動通信基站用天線的設(shè)計，設(shè)計頻段為：低頻段，；高頻段，蛐設(shè)計要求：各項指標(biāo)要嚴(yán)格滿足國家標(biāo)準(zhǔn)本論文包括：天線單元的設(shè)計、饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、天線陣列的設(shè)計、波束賦形技術(shù)的研究單元采用探針貼片技術(shù)，通過對天線單元輻射機(jī)理的研究，做出如下選擇：對于探針：分別對型探針和型探針饋電進(jìn)行了仿真和試制，通過分析與比較最終選用型探針對于貼片：綜合考慮了天線結(jié)構(gòu)與性能指標(biāo)，

3、低頻采用單貼片，高頻采用雙貼片，高頻貼片放在低頻貼片的正上方饋電網(wǎng)絡(luò)采用電纜與板相結(jié)合的方式，其中功分器采用印制電路板的形式根據(jù)不同的單元數(shù)目采用不同的功分器。通過理論計算微帶線寬度和長度，并編程仿真，完成了不同功率分配器的設(shè)計，達(dá)到設(shè)計指標(biāo)在陣列的設(shè)計中進(jìn)行的是等間距等相位的天線陣列的設(shè)計，為了使增益達(dá)到設(shè)計要求，同時要降低高低頻之間的信號干擾，在做了大量實驗的基礎(chǔ)上。最終確定了最佳單元間距基站天線實現(xiàn)波束賦形是優(yōu)化移動通信網(wǎng)絡(luò)的需要，本文對天線陣列的波束賦形技術(shù)進(jìn)行研究，使其達(dá)到上旁瓣抑制下旁瓣零點填充的波束賦形特性。本次設(shè)計最終完成了低頻兩單元高頻四單元、低頻四單元高頻八單元、低頻八單元

4、高頻十二單元的雙頻基站天線的試制，測試結(jié)果完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計完成的雙頻基站天線包容和的頻段，為向的過渡打下了堅實的基礎(chǔ)關(guān)鍵字：天線單元天線陣列饋電網(wǎng)絡(luò)功分器山東大學(xué)碩士學(xué)位論文傀咀越埒髓：幻越：，雒：聊，：，吣。：，醛吐：矗越第一章板狀天線的發(fā)展及雙頻天線的應(yīng)用移動通信的發(fā)展隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民物質(zhì)和精神生活質(zhì)量的提高，我們國家從用戶數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模上看已成為名副其實的第一通信大國其中移動通信的發(fā)展速度極快，年代頻率復(fù)用和小區(qū)切換技術(shù)的發(fā)現(xiàn)，使得移動通信系統(tǒng)得以大規(guī)模使用，此時移動通信系統(tǒng)既為我們今天所謂的第一代移動通信系統(tǒng)（其典型代表為、等）限于當(dāng)時的技術(shù)條件，第一代移動通信多址

5、方式均采用，語音調(diào)制為模擬調(diào)頻，信令調(diào)制為一類的簡單數(shù)字調(diào)制技術(shù)由于模擬調(diào)制的頻譜利用率低，抗干擾性能差，因而系統(tǒng)容量有限，業(yè)務(wù)質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)遜于有線通信系統(tǒng)各個國家接口均采用不同的標(biāo)準(zhǔn)，各個廠家各行其是，不同廠家的設(shè)備根本無法互連當(dāng)時所用的天線為全向和定向，適用于全向和分區(qū)覆蓋技術(shù)上主要是陣子型天線及其陣列天線第二代移動通信系統(tǒng)出現(xiàn)于通信數(shù)字化的年代末和年代初，它基本采用了當(dāng)時通信和信號處理的最新技術(shù)多址方式采用（系統(tǒng)）或窄帶（）技術(shù)，空中接口采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)和先進(jìn)的自適應(yīng)均衡（姒）、接口技術(shù)（蹦），從而使系統(tǒng)容量遠(yuǎn)高于第一代移動通訊系統(tǒng)業(yè)務(wù)質(zhì)量與有線通信系統(tǒng)相當(dāng)業(yè)務(wù)種類上也從單一話音轉(zhuǎn)變到可以提

6、供話音，中低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在接口規(guī)范的制定上充分考慮了國際漫游的需要，形成了同一的區(qū)域性的國際標(biāo)準(zhǔn)，同時也規(guī)定了明確的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)，使不同廠商間設(shè)備的互連變得簡單易行此時已經(jīng)逐步地廣泛地使用微帶和貼片為核心的單極化天線、波束賦形基站天線、變傾角基站天線及雙頻雙極化等新技術(shù)山東大學(xué)碩士學(xué)位論文第三代移動通信系統(tǒng)是工作于頻段的移動通信系統(tǒng)，它區(qū)別于第一代和第二代移動通信系統(tǒng)的主要特點可以簡單概括為：全球無隙漫游；具有支持信息速率高達(dá)的多媒體業(yè)務(wù)的能力，特別是支持業(yè)務(wù)：便于過渡、演進(jìn)；更高的頻率效率、更低的電磁輻射、更好的服務(wù)質(zhì)量等第三代移動通信系統(tǒng)多址方式的主流是寬帶技術(shù)，在空中接口和核心網(wǎng)

7、上有幾乎集中了當(dāng)今通信與信息處理領(lǐng)域的所有最新技術(shù)。在核心網(wǎng)上使用電信網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的最新技術(shù)和移動，實現(xiàn)了話音、電路交換和分組交換數(shù)據(jù)的多媒體傳輸，是移動用戶可以方便靈活地接入到電信和：在終端和無限接入網(wǎng)上使用了信息處理領(lǐng)域最近幾年發(fā)展的智能天線、多用戶檢測、編碼、軟件無線電等新技術(shù)這些新技術(shù)的使用極大地增加了系統(tǒng)容量，改善了傳輸質(zhì)量，降低了功耗和干擾，是第三代移動通信系統(tǒng)可以在復(fù)雜的傳輸環(huán)境中提供比第二代移動通信系統(tǒng)更大的系統(tǒng)容量和更高的服務(wù)質(zhì)量。同時第三代移動通信系統(tǒng)融入了先進(jìn)的終端技術(shù)、朝大規(guī)模集成電路設(shè)計技術(shù)，嵌入式實時多任務(wù)軟件技術(shù)、微波與電磁場技術(shù)等多種技術(shù)，充分體現(xiàn)了今后移動

8、通信系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢，即多種學(xué)科、多項技術(shù)的相互融合與滲透板狀天線的發(fā)展板狀天線是由微帶天線發(fā)展而來，微帶天線是在帶有導(dǎo)體接地板的介質(zhì)基片上刻蝕成的導(dǎo)體薄片而形成的天線，是當(dāng)今較為流行的一種天線形式早在年德尚（丸）教授就已提出利用微帶線的輻射來制成微帶微波天線的概念但是在隨后的近年里，對此只有一些零星的研究直到年由于微波集成技術(shù)的發(fā)展，和空間技術(shù)對低剖面天線的迫切需求，芒森（。）和豪威爾（）等研究者制成了第一批實用微帶天線隨之，國際上展開了對微帶天線的廣泛的研究和應(yīng)用年在美國新墨西哥州大學(xué)舉行了微帶天山東大學(xué)碩士學(xué)位論文一線的專題會議，年天線與傳播會刊在月號上刊載了微帶天線專輯徽帶天線已成為

9、天線領(lǐng)域中的一個專門分支從此以后微帶天線引起了廣泛的重視與研究，各種形狀的微帶天線已在衛(wèi)星通信、多普勒雷達(dá)及其他雷達(dá)導(dǎo)彈遙測技術(shù)以及生物工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。與普通天線相比，微帶天線具有如下優(yōu)點：剖面薄，體積小，重量輕；具有平面結(jié)構(gòu)，并可制成與導(dǎo)彈衛(wèi)星等載體表面共形的結(jié)構(gòu)：饋電網(wǎng)絡(luò)可與天線結(jié)構(gòu)一起制成，適合于用印刷電路技術(shù)大批量生產(chǎn)；能與有源器件和電路集成為單一的模件；便于實現(xiàn)圓極化，容易實現(xiàn)雙頻段雙極化等多功能工作微帶天線的主要缺點是：頻帶窄：有導(dǎo)體和介質(zhì)損耗，并且會激勵表面波，導(dǎo)致輻射效率降低；功率容量較小，一般用于中小功率場合；性能受基片材料影響大通常，一個典型的微帶天線的頻帶只有

10、百分之幾為了拓寬微帶天線的頻帶，已經(jīng)提出了一些具有實際意義的方法如使用型開槽貼片和厚基板通過使用探針饋電的型開槽貼片，可以使得天線的典型帶寬達(dá)到另外一種方法就是使用在年提出的耦合技術(shù)，這種方法的缺點就是有相對較高的后瓣使用這種方法進(jìn)行饋電的單層貼片具有的典型帶寬，雙層貼片具有的典型帶寬和在年提出了臨近耦合技術(shù)以減小后瓣這種技術(shù)是通過在饋電線上增加一個匹配電阻棒實現(xiàn)的，使用這種技術(shù)，可以達(dá)到的典型帶寬：若使用帶固體功率放大器的有源微帶子陣來組陣，可獲得相當(dāng)大的總輻射功率最近，通過使用型探針來擴(kuò)展頻帶的新方法引起了各方的廣泛注意因為通過使用同軸電纜對型探針進(jìn)行饋電的貼片天線不僅具有微帶天線的優(yōu)點，

11、可使帶寬達(dá)到雙層貼片能使帶寬達(dá)到，但是多層天線的幾何尺寸天線的技術(shù)可使帶寬達(dá)到這就是徽帶天線所用的探針貼片技術(shù)習(xí)慣上把這種天線稱為板狀天線山東大學(xué)碩士學(xué)位論文雙頻基站天線的應(yīng)用目前，微蜂窩移動通信系統(tǒng)都屬于，即第二代移動通信系統(tǒng)，工作頻段為刪，跳作頻段為第三代移動通信系統(tǒng)即，有三層意思，即年實現(xiàn)、工作頻段為頻段和速率為中國移動和中國聯(lián)通的激烈競爭是系統(tǒng)容量一擴(kuò)再擴(kuò)，基站數(shù)一增再增，小區(qū)覆蓋越來越小雖然頻率的利用率提高了，用戶量增加了，但相互干擾也增大了所以在原有的基礎(chǔ)上向的平穩(wěn)過渡已迫在眉睫而雙頻天線正適合這一過渡的需要本次設(shè)計研制的板狀天線是在微帶天線的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，微帶天線具有體積小重

12、量輕易于安裝等優(yōu)點，但是微帶天線的頻帶很窄，而扳狀天線繼承了微帶天線的優(yōu)點，改進(jìn)了微帶天線的不足板狀天線通過型探針饋電矩形貼片，單層貼片可使帶寬達(dá)到，雙層貼片可使帶寬達(dá)到，完全可以包容和所用的頻段雙頻基站天線，可以使與。與兩頻段在同一支天線上同時工作?；ゲ挥绊懭绻W(wǎng)絡(luò)鋪開。將需要建設(shè)大量的基站，建址建站費(fèi)用昂貴，這樣就可以將原來或砒基站上的和基站天線換成現(xiàn)在的雙頻天線，從而大量避免了重新建設(shè)新的基站的費(fèi)用，節(jié)省了基站上的空間，使不同頻段的信號收發(fā)自如，就可實現(xiàn)到的平穩(wěn)過渡移動網(wǎng)絡(luò)需不斷擴(kuò)容，基站與基站之間的距離越來越近，為實現(xiàn)優(yōu)良的信號覆蓋和極小的同信道干擾，就需要采用零值填充，上側(cè)旁瓣抑制及

13、下側(cè)旁瓣余割平方分在技術(shù)最終提高載波信噪比（），優(yōu)化話音質(zhì)量和降低呼損率本次設(shè)計研制的雙頻基站天線將采用波束賦形技術(shù)，對天線的上旁瓣進(jìn)行抑制下旁瓣零點填充，使其具有優(yōu)異的波束賦形特性山東大學(xué)碩士學(xué)位論文本次設(shè)計的主要任務(wù)本論文的主要任務(wù)就是完成一種基站用雙頻天線的設(shè)計，包括和所用頻段，完成低頻四單元高頻八單元、低頻六單元高頻十二單元、低頻八單元高頻十二單元的制作與測試，并經(jīng)過調(diào)試使其達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計要求：此板狀天線作為基站用，所以要嚴(yán)格遵循國家標(biāo)準(zhǔn)，天線的極化方式是垂直極化，對單元天線的要求是駐波比￥，增益，半功率角為。，前后比，輸入阻抗為一設(shè)計過程：單元方案的選取與實現(xiàn)功分器的設(shè)計與實現(xiàn)制作

14、低頻兩單元高頻四單元陣列天線設(shè)計低頻兩單元高頻四單元的饋電網(wǎng)絡(luò)測試并調(diào)試上述天線陣列，保證其指標(biāo)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)制作低頻四單元高頻八單元、低頻六單元高頻十二單元和低頻八單元高頻十二單元天線陣列調(diào)試使不同天線陣列的尺寸保持較好的一致性研究陣列天線的波束賦形技術(shù)天線仿真采用仿真軟件，功分器的仿真采用測試天線指標(biāo)使用網(wǎng)絡(luò)分析儀山東大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章雙頻天線單元設(shè)計方案輻射機(jī)理輻射機(jī)理板狀天線是由微帶天線發(fā)展而來微帶天線的基本工作原理可以通過考察矩形微帶貼片來理解如圖貼片尺寸為矽上。介質(zhì)基片厚度為，厶，厶為自由空間波長。微帶貼片可看作寬礦長工的一段微帶傳輸線，其終端矽處因為呈現(xiàn)開路，將形成電壓波腹，一

15、般取丸，丸為微帶線上工作波長，于是另一端礦處也呈現(xiàn)電壓波腹該電場可近似表達(dá)為（設(shè)沿貼片寬度和基片厚度方向電場無變化）（砂）（式）天線的輻射由貼片四周與接地板間的窄縫形成，由等效性原理可知，窄縫上電場的輻射可由面磁流的輻射來等效等效的面磁流密度為瑚層（式）式中皿，是方向單位矢量；痞是縫隙表面（輻射口徑）的外法線方向單位矢量可以看到，沿兩條形邊的磁流是同向的，故其輻射場在貼片法線方向同向相加，呈最大值且隨偏離此方向的角度的增大而減小。形成邊射方向圖沿每條上邊的磁流都由反對稱的兩個部分構(gòu)成，它們在日面上各處的輻射互相抵消；而兩條邊的磁流又彼此呈反對稱分布，因而在層面上各處它們的場也山東大學(xué)碩士學(xué)位論

16、文圖嗍尼。、圖緣管，島一掣囊纜圖都相抵消在其他平面上這些磁流的輻射不會完全相消，但與沿兩條礦邊的輻射相比都相當(dāng)弱。矩形微帶天線通常都工作于厶模（或腳。模），其場分布為山東大學(xué)碩士學(xué)位論文風(fēng)螂詈如下圖：（式）、圖矩形貼片的場分布曲線對于踢“。模其磁流分布特點為：（）模的磁流沿口邊沒有零點，沿邊有個零點（）兩個相鄰零點間隔為九；（）每經(jīng)過一個零點，肘便改變方向；）貼片四角處。為最大值；（）沿周邊的分布是連續(xù)的，按正弦分布或均勻分布由上可知，矩形微帶天線的輻射主要由沿兩條形邊的縫隙產(chǎn)生，該二邊成為輻射邊所以貼片可表示為相距、同相激勵并向接地板上空輻射的兩個縫隙。也可以考慮電場沿貼片寬度的變化這時，微

17、帶貼片天線可以用貼片周圍的四個縫隙來表示微帶天線實現(xiàn)多頻段工作的基本方式可分為兩類：多片法和單片法多片法利用諧振頻率不同的多個貼片來工作，通常是將較小的貼片疊放在較大的貼片上，稱為積疊式微帶天線單片法仍只用一個貼片而利用不同模式同時工作，只利用加載來形成幾個不同的諧振頻率從天線性能指標(biāo)的角度考慮，本論文采用多山東大學(xué)碩士學(xué)位論文片法來實現(xiàn)基站天線的雙頻型探針貼片天線具體到型探針貼片天線，它相當(dāng)于空氣微帶貼片天線，其輻射機(jī)理為：通過與同軸電纜相連，型探針上將有交變電場，電場方向為探針?biāo)奖鬯更c方向，交變電場將引起變化的磁場，磁場方向與電場方向相垂直，當(dāng)磁力線垂直穿過貼片時，將產(chǎn)生變化的電場，這

18、種變化的電磁場經(jīng)過底板的反射后輻射出去型探針饋電貼片天線的結(jié)構(gòu)如圖：，吖啊目口“厶圖）形探針微帶貼片天線幾何結(jié)構(gòu)型探針等效電路圖如下圖（）型探針等效電路圖山東大學(xué)碩士學(xué)位論文如圖（”，串連諧振部分為型探針的等效電路，并聯(lián)諧振部分為貼片與底板之間的等效電路在相當(dāng)寬的一個頻帶內(nèi)厶與厶趨向相等，就可以展寬帶寬下面以天線的中心頻率為，相應(yīng)波長為厶為例來說明此天線單元的幾何尺寸：矩形貼片，其寬度缸（如），長度（）用塊厚度為（厶）的厚泡沫支撐一條的微帶饋線覆在厚度（，），介電常數(shù)的電介質(zhì)上，微帶線位于貼片下方對稱的位置貼片通過型微帶線進(jìn)行電磁耦合，型微帶線的垂直和水平尺寸分別為：（如），（如）型微帶線的垂

19、直點距離貼片的邊緣的距離唧（）天線以的方式傳播型探針饋電的雙層貼片天線。是在單層貼片口）的上方再放置一塊與之平行的貼片（）塢日圖雙層貼片結(jié)構(gòu)圖下面仍以中心頻率為，相應(yīng)波長為氣進(jìn)行說明：嗍簸（），長度（）距離底板的距離分別是（氣）和（如）雙層貼片仍然由型微帶線進(jìn)行激勵，其幾何尺寸為姍（如）和（南）型探針貼片之所以能展寬帶寬是因為探針?biāo)讲糠峙c貼片之間產(chǎn)生感抗，而探針垂直部分產(chǎn)生容抗，兩者相互抵消，才使得型探針具有在較寬頻帶內(nèi)的匹配阻抗山東大學(xué)碩士學(xué)位論文型探針貼片天線由于最初的方案是型探針貼片，因此有必要介紹一下型探針貼片天線型探針具有型探針的優(yōu)點，并且能夠達(dá)到的帶寬另外，通過使用兩個不同相位的

20、型探針給一個貼片饋電，可以抑制不必要的探針輻射，達(dá)到降低面交叉極化并使面的方向圖保持不變的目的型探針的結(jié)構(gòu)形式見下圖：圖型探針貼片俯視圖圖型探針貼片后視圖仍以中心頻率，相應(yīng)波長為如來說明貼片和探針的具體尺寸：矩形貼片的寬（如），長度（如），用厚度為。咖（氣）的泡沫支撐型探針的半徑（），高度和水平臂長山東大學(xué)碩士學(xué)位論文分別為（如），衄（）型探針位于貼片的下方，距離邊緣：啪（）天線以下的方式傳播貼片和型探針在俯視圖中以軸為對稱軸與型探針不同的是，型探針的水平臂平行于軸，而型探針設(shè)計原理由于雙頻天線處在試制階段，本章的主要設(shè)計等間距等相位等幅的雙頻單極）：岸國（式）蔫（魚掣）（艮（口）口（刃拭咱（

21、式）其中（）為單元輻射方向圖，（）為陣列的捧列特性垂直極化，輸入阻抗為；增益；駐波比；半功率對于工作頻率為正有較高效率的矩形貼片輻射器，其實用寬度為矽。寺單圳工：乓一，。式州式中為光速。當(dāng)選用小于式中的寬度時輻射器的效率較低，而選用大于式中的寬度時，輻射器的效率雖較高。但這時將產(chǎn)生高次模，從而引起場的畸變（式）山東大學(xué)碩士學(xué)位論文式中毛式等效介電常效，厶，是線伸長，分別由下面兩式給出竽竿（可廣、（式）出；（，）。）（式）。（式一兒）其中，為駐波系數(shù)，口為品質(zhì)因數(shù)。因為這種天線為諧振式天線，所以頻帶較窄，加寬頻帶的方法有很多，例如選用較厚、介電常數(shù)較低的基片；改變貼片形狀；采用阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)；加耦

22、合貼片和枝節(jié)加載等方法本次設(shè)計的天線就是采用空氣介質(zhì)，型探針耦合，探針垂直部分產(chǎn)生感抗，水平部分和貼片之間產(chǎn)生容抗。兩者相消，可增加天線帶寬方案一；用上層貼片開孔的方式實現(xiàn)雙頻首先確定天線單元形式見下圖：圖中上層為一開孔方形貼片，下層為方形貼片其中，上層貼片用來實現(xiàn)刪（中心頻率為嘲），下層貼片用來實現(xiàn)加（中心頻率為）回圖單元天線俯視圖一山東大學(xué)碩士學(xué)位論文圖單元天線立體圖圖基站天線單元示意圖單元天線的幾何尺寸和饋電方式確定大小貼片的幾何尺寸：由以上公式可以求得：大貼片的邊長工。，小貼片的邊長為需要指出的是，以上數(shù)值的取得，只是根據(jù)經(jīng)驗公式所得，為一大概的數(shù)值具體的數(shù)值需要在做天線的過程中反復(fù)調(diào)

23、試，以取得一個滿意的結(jié)果饋電方式為：上層貼片和下層貼片均采用型探針進(jìn)行饋電，上層貼片中間開孔以避免阻擋下層貼片的輻射首先考慮上下兩層貼片均采用型探手針進(jìn)行饋電仿真：用將天線的幾何尺寸畫出，（具體尺寸為：小貼片距底板，小貼片邊長為哪，大貼片寬，中問開孔，小探針的高和長分別為和啪，大探針的高和長分別為和）然后導(dǎo)出為文件啟動仿真軟件，將得到的文件導(dǎo)入，進(jìn)行仿真，即可得到仿真結(jié)果山東大學(xué)碩士學(xué)位論文蔟赫嶁緲小。圖、罩時的仿真結(jié)果蕊猻蹩黟圖一姍時的仿真結(jié)果由仿真結(jié)果可以得出：采用這種方式進(jìn)行饋電，上層大貼片的增益不高，并且方向圖較差，下層小貼片的方向圖沒有出來究其原因為。在上層貼片上開孔，以減少對下層貼

24、片的輻射的阻擋的同時，上層貼片的容抗將要變小所致因為，通常在貼片和探針之間將產(chǎn)生容抗，用以抵消型探針垂直部分所產(chǎn)生的感抗，正是由于這種相互抵消的作用，才使得型探針具有在較寬頻帶內(nèi)的匹配阻抗當(dāng)上層貼片中間開孔時，很難產(chǎn)生足夠抵消摩抗的容抗，因此，頻帶變窄，方向圖不好、芒山東大學(xué)碩士學(xué)位論文方案二：采用型探針對上層貼片進(jìn)行饋電之所以采用型探針來代替型探針來給上層開孔貼片饋電的原因在于；型探針和型探針都遵循著同樣的拓寬頻帶的原則：使用厚的介質(zhì)層抑制探針的感應(yīng)系數(shù)以使天線在較寬的頻帶內(nèi)有良好的匹配性能，通過使用型探針，在型探針?biāo)奖酆唾N片之間的容抗增加，抑制了型探針垂直臂所產(chǎn)生的感抗，型貼片拓寬頻帶的

25、方法與此類似，雖然型探針?biāo)奖鄣拈L度與型探針的水平臂長度相仿，但是它可以比型探針饋電方式進(jìn)一步拓寬的頻帶單元的設(shè)計：在對型探針和型探針有了較為深入的了解后，確定單元天線的結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖基站天線單元示意圖用將天線的幾何尺寸畫出，（具體尺寸為：小貼片距底板，小貼片邊長為，大貼片寬中間開孔，型探針的高和長分別為和。型探針的高和水平臂分別為和，天線底板寬，型探針和型探針的間距為然后導(dǎo)出為文件啟動仿真軟件，將得到的文件導(dǎo)入，進(jìn)行仿真，即可得到仿真結(jié)果如圖一，從仿真結(jié)果上來看，高頻波束寬度有些偏窄，增益還可以，而低頻比較寬，后瓣較大，與實際要求相差不算太大，可以進(jìn)行實物的試制山東大學(xué)碩士學(xué)位論文藤猻嚶

26、裂臆瓣蝶爹圖仿真方向圖均匹；。、。圖肛仿真方向圖實際制作的天線與仿真的尺寸是有差別的在實際制作天線的過程中，需要考慮天線的匹配的要求。試制階段只要駐波比小于（心）既可測方向圖。具體制作單元天線時的尺寸為：小貼片邊長為，上層貼片邊長為，中問開孔：型探針高和長分別為和，型探針的高度和水平臂的分別為和；上層貼片距底板，小貼片距底板；型探針和山東大學(xué)磺士學(xué)位論文型探針問的距離為貼片的厚度為，底板的厚度為圖，是實物單元的測試結(jié)果；圈方向圖圖一方向圖由實測的方向圖可以看出該單元天線仍有不少不足之處：低頻（）部分有較大的后瓣。前后比比較低，高頻（）部分的波束寬度不夠，分析其原因為底扳過寬所致。將底板寬度變窄

27、，可以相應(yīng)的增加波束寬度經(jīng)分析通過調(diào)試能夠達(dá)到要求，因此在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了陣列的設(shè)計陣列的設(shè)計在制作出一單元天線的基礎(chǔ)上，通過使用功分器，將此雙頻天線制作成兩單元天線在完成單元天線的基礎(chǔ)上。采用直線陣列達(dá)到高增益的要求設(shè)計了低頻端的二元陣和高頻端的三元陣它們的饋電方式均采用電纜和功分器相結(jié)合的饋電方式之所以將頻段為的大貼片設(shè)計為兩單元，而設(shè)計成三單元，是因為低頻部分的中心頻率的波長，高頻部分中心頻率的波長為而天線單元之間的距離的范圍為：十。囊奉五十。辯，因此，大貼片之問的問隅為走，小貼片之間的間隔為取小貼片之間的間距為，則兩個貼片之何的問距共為山東大學(xué)碩士學(xué)位論文小于，滿足兩個大貼片之間的間距要

28、求在確定了天線陣列的形式之后器要考慮如何通過功分器和電纜給各個單元饋電對于此二元陣和三元陣，通過單元間距的不同和饋電點相位的不同，可以實現(xiàn)波束賦形從試制的角度考慮。首先進(jìn)行的是單元天線等間距等相位饋電因為采用的是等聞距等相位饋電，因此通過功分器到相應(yīng)探針的電纜的相位相差相應(yīng)中心頻率的波長的整數(shù)倍，即，通過一個一分二（一分四）的功分器到型（型）探針的二段（三段）電纜長度相等或者相差中心頻率（）的波長的整數(shù)倍此天線陣列的實物形式如下圖所示；一天線陣列后視圖天線陣列俯視圖山東大學(xué)碩士學(xué)位論文將制作陣列天線的時候，與天線單元的變化是，為了使得半功率角增大，天線的底板由單元天線的衄減小到以下為實測的天線

29、陣列的方向圖：圖方向圖圖方向圖由上兩個方向圈可以看出，該天線陣列具有較好的前后比和增益，只是高頻部分的波束寬度有些窄方向圈是在駐波小于時測得的，實際做成產(chǎn)品駐波要求小于，在調(diào)匹配時發(fā)現(xiàn)十分難調(diào)，究其原因還是當(dāng)上層貼片中間開孔時，很難產(chǎn)生足夠抵消感抗的容抗，高低頻之間的影響太大。致使帶寬達(dá)不到要求匹配也不好調(diào)。如果這樣繼續(xù)下去，二、四、六、八單元的一致性估計會很差單元數(shù)目越多。匹配越難調(diào)此時不得不重新調(diào)整方案。需要指出的是。對于使用單層貼片的天線。型探針完全在貼片下方，單元天線的平均增益可以達(dá)到如果采用型探針，當(dāng)型探針完全在貼片下方時，單元天線的平均增益也是左右；但是。如果型探針?biāo)奖鄣男〔糠植?/p>

30、在貼片下方，單元天線的平均增益可以達(dá)到。因此又考慮出了方案三方案三：用雙探針和貼片實現(xiàn)雙頻天線單元的設(shè)計；此方案將高頻部分的小貼片放到了低頻部分大貼片的正上方，這樣可以不用在大貼片上開孔，探針和貼片之間的容抗能夠抵消探針垂直部分的山東大學(xué)碩士學(xué)位論文感抗，減小高低頻之間的影響使能夠達(dá)到所需帶寬。同時低頻部分的貼片又成了高頻貼片的底板，因此在調(diào)試時，大貼片的寬度對高頻的半功率寬度有很大的影響天線單元示意圖如下：圖雙型探針雙貼片示意圖對于這種方案是比較滿意的。因此進(jìn)行了實物制作當(dāng)調(diào)試到駐波小于時進(jìn)行了方向圖的測試。此時制作的具體尺寸如下：底板寬，大貼片為矩形，寬，長；小貼片為正方形，邊長為；大探針

31、高，長：小探針高。長：大貼片距底板，小貼片距底板制作實物后測得的方向圖如下：圖瑚方向圖圖財向圖由上述方向圖可以看出，該方案實現(xiàn)的雙頻天線。波束寬度稍窄一些可以通過調(diào)試使其達(dá)到要求，在頻率范圍為姐內(nèi)實現(xiàn)雙頻，使得該天線的應(yīng)用更加廣泛由方案三所測的方向圖可以看出，該方案還存在一些需要修改的地方，雖然當(dāng)至鑾蘭至主：筆蘭蘭在較寬的頻帶內(nèi)實現(xiàn)了雙頻，但是方向圖的波束寬度與要求達(dá)到的值尚有較大的差值，同時，前后比不高使得天線的增益不太理想考慮到大貼片上與小型探針相連的電纜在大型探針的正上方，會對天線的阻抗匹配有一定的影響，且對饋線的布線也產(chǎn)生了很大的麻煩。因此。將雙型探針實現(xiàn)雙頻的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步修正為：由型探

32、針?biāo)奖壑赶蛲环较蚋臑橄嗖罹唧w形式見下圖：圖型探針指向相反在結(jié)構(gòu)上多片法更能實現(xiàn)寬頻帶，提高增益，可是低頻已經(jīng)不能采用雙片，而高頻可以采用雙片法，既是在小貼片的上方再加一個小貼片，其示意圖就是在圖一的最上層的小貼片的正上方上再加一個邊長為的正方形貼片，這樣可使高頻的帶寬增加并且能提高其增益。圖為方案改進(jìn)后的單元實物圖圖單元實物圖當(dāng)奎鑾主罌圭：竺蘭蘭以下為上述天線測得的駐波和方向圖：圈姍方向圖圈方向圖、墨、虱￥單元天線的駐波一當(dāng)鑾奎蘭璧圭蘭竺蘭蘭一、夕，。臣一姍單元天線的駐波由測試結(jié)果可以看出，半功率寬度在度的范圍內(nèi)，駐波也在左右，說明這種方案是非?？尚械脑趯μ炀€的尺寸進(jìn)行了細(xì)微的調(diào)整后其駐波

33、降到了以下可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行饋電網(wǎng)絡(luò)和陣列的設(shè)計了山東大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章饋電網(wǎng)絡(luò)與陣列的設(shè)計設(shè)計好天線單元的結(jié)構(gòu)和尺寸后。就可以進(jìn)行饋電網(wǎng)絡(luò)和陣列的設(shè)計了饋電網(wǎng)絡(luò)采用微帶功分器與饋電電纜相結(jié)合的方式，饋電電路中將使用微帶一分二、一分四和一分六的功分器如低頻四單元高頻八單元的陣列天線的饋電網(wǎng)絡(luò)中，低頻部分采用一個一分四的功分器，信號源到達(dá)功分器，分成四路等幅同相的信號。經(jīng)饋電電纜到達(dá)探針高頻部分采用一個一分二的功分器和兩個一分四的功分器，信號源首先到達(dá)一分二的功分器，分兩路等幅同相輸出，這兩路分別連接兩個一分四的功分器，作為其信號源，每個一分四的功分器再將信號分成四路等幅同相輸出，經(jīng)饋電電纜

34、到達(dá)探針，經(jīng)貼片耦合后輻射出去功分器是饋電網(wǎng)絡(luò)中不可缺少的部分，設(shè)計的功分器要求反射較小，兩端口輸出信號幅度接近，中心頻率處相位相同下面以一分二功分器來說明功分器的設(shè)計過程功分器的設(shè)計由于要求功分器的工作頻帶較寬，而增加變阻器節(jié)數(shù)可以加寬工作頻帶，確定采用形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)圖如圖所示圖一分二功分器結(jié)構(gòu)圖山東大學(xué)碩士學(xué)位論文（）理論計算下面計算各個參數(shù)：歐姆，在形節(jié)處，兩分支的并聯(lián)阻抗等于，所以歐姆：止豸而歐姆為了防止雷擊形成的瞬時電流損壞功分器和天線，通常在形結(jié)處加一條短路線，它的長度為四分之一波長，因此在工作頻段內(nèi)對輸入信號來說是開路的，而且它的特性阻抗取得比較大（歐姆），對型結(jié)的其他分支幾乎沒有

35、影響接下來計算每段微帶線的寬度與厚度比（），所用覆銅板的相對介電常數(shù)為嚴(yán)。厚度老略當(dāng)魯洲式一，；可旦墜廣當(dāng)孚時、（式）里一一一生。監(jiān)盟警形（式）使用計算機(jī)編程計算，分別求解兩種情況下的解求解方法采用牛頓以計算特性阻抗歐姆微帶線的程序為例，進(jìn)行簡單說明，則，先取兩個，分別為和】，代入公式，的。，公式可以改寫為：業(yè)（一與里磐；（式）。和以及代入上式左端，得到結(jié)果分別為和，如果兩者乘積為負(fù)值，說明在和區(qū)間內(nèi)必有一解進(jìn)一步的中值，計算相應(yīng)的，如果和】皂是負(fù)值，說明解區(qū)間可以進(jìn)一步縮小為和之間，可以用山東大學(xué)碩士學(xué)位論文取代繼續(xù)循環(huán)，直到的值達(dá)到誤差范圍，終止循環(huán)。此時的【】就是的值程序代碼如下：時。（

36、），：和分別代表。和：，：計算和偏差（：）（）（一）（）：（）：，（）此時在】【和區(qū)間內(nèi)必有一解（）：（）（一）（）：山東大學(xué)碩士學(xué)位論文（）：】宰【：（）】：（）】：（）一）：（：，”，】，）：時（）【】。，。；和分別代表毛和，：【，【】，：（，。付）】，：（）山東大學(xué)碩士學(xué)位論文腳一一一山東大學(xué)碩士學(xué)位論文由計算得到的和下面的公式可以求得。等：卜轷崢”擲結(jié)果如表所示：序號抑川刪抄，表一分二功分器各段微帶線參數(shù)的理論計算值特性阻抗（歐姆）（）（）通過查閱參考文獻(xiàn)】。確定了形結(jié)的結(jié)構(gòu)如圖所示，其中圖形結(jié)結(jié)構(gòu)圖同樣根據(jù)參考文獻(xiàn)，確定拐角處的結(jié)構(gòu)如圖所示，其中圖拐角放大圖有了這些數(shù)據(jù)，就可以設(shè)計出

37、功分器的尺寸并進(jìn)行仿真了，將上述尺寸結(jié)構(gòu)輸入到軟件中進(jìn)行仿真得到的仿真結(jié)果如下：一二！一：一一：一！一！。磚曩奠。?。阂弧唬。海?！書。：呻審。巧爵五，葛再晴圖仿真結(jié)果：暑，脧：口。啊一，茸一：一，一一、。天。；強(qiáng)弓矗嗣口碡卅：譬：，舭曲：陬。日儡，】霉葉一習(xí)一，一，。圖功分器測試結(jié)果山東大學(xué)碩士學(xué)位論文如果結(jié)果不符合要求，可以調(diào)整功分器的尺寸，然后重新仿真。知道達(dá)到要求，也可以利用的優(yōu)化功能直接制定要調(diào)整的尺寸范圍、調(diào)整方向以及優(yōu)化目標(biāo)，就可以自動進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到目標(biāo)時自動停止下圖即為設(shè)計出的低頻一分二、一分四和一分六的功分器結(jié)構(gòu)圖：圖一分二結(jié)構(gòu)圖圖一分四結(jié)構(gòu)圖圖分六結(jié)構(gòu)圖山東大學(xué)碩士學(xué)位論文其余功分器設(shè)計原理相同，就不再一一詳述陣列和饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計單元間距的設(shè)計：根據(jù)上述單元尺寸制作了低頻兩單元高頻四單元實物，在制作過程中，首先要考慮單元間距，若要考慮增益，則要求單元間距，若要考慮壓低副瓣，則要求五，通常取五，五為中心頻率波長。考慮間距要對高頻和低頻都合適，按上述要求，高低頻的單元間距范圍沒有交集，