多波束基站天線的應(yīng)用研究與設(shè)計

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1、工程碩士學(xué)位論文多波束基站天線的應(yīng)用研究與設(shè)計作者姓名呂智煊工程領(lǐng)域電子與通信工程校內(nèi)指導(dǎo)教師薛鋒章研究員校外指導(dǎo)教師卜斌龍高級工程師所在學(xué)院電子與信息學(xué)院論文提交日期2018年4月ResearchandDesignofMulti-beamAntennasintheMobileCommunicationBaseStationADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:LYUZhixuanSupervisor:Prof.XueFengzhangSouthChinaUniversityofTechno

2、logyGuangzhou,China分類號：TN828.6學(xué)校代號：10561學(xué)號：201521010220華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文多波束基站天線的應(yīng)用研究與設(shè)計作者姓名：呂智煊指導(dǎo)教師姓名、職稱：薛鋒章研究員卜斌龍高級工程師申請學(xué)位級別：工程碩士工程領(lǐng)域名稱：電子與通信工程論文形式：?產(chǎn)品研發(fā)?工程設(shè)計?應(yīng)用研究?工程/項目管理?調(diào)研報告研究方向：天線與射頻技術(shù)論文提交日期：2018年4月論文答辯日期：2018年6月4日學(xué)位授予單位：華南理工大學(xué)學(xué)位授予日期：年月日答辯委員會成員：主席：馮穗力教授委員：薛鋒章研究員，柯峰副教授，黃昭文高級工程師，張平教

3、授摘要當(dāng)前，4G（第四代移動通信系統(tǒng)）已大規(guī)模商用，5G的研究也正在如火如荼地開展。移動通信用戶數(shù)和業(yè)務(wù)量的日益增長與基站站址資源緊張的矛盾，始終貫穿于移動通信系統(tǒng)長期演進(jìn)的整個過程。當(dāng)今的2G、3G、4G系統(tǒng)長期并存使用，如何在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中讓天線發(fā)揮更好的作用至關(guān)重要。其中，多波束天線在緩解站址資源和提高系統(tǒng)容量方面極具優(yōu)勢，具有很好的應(yīng)用前景和研究意義?；谏鲜霰尘?，本文從實際出發(fā)，在移動通信領(lǐng)域展開了對多波束基站天線的應(yīng)用研究與設(shè)計。首先，本文對多波束天線技術(shù)的研究進(jìn)展作出概述，對比分析了實現(xiàn)天線多波束的各種關(guān)鍵技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)選出Butler矩陣

4、多波束形成網(wǎng)絡(luò)作為本文設(shè)計多波束天線的主要技術(shù)；隨后，結(jié)合目前移動通信業(yè)務(wù)的實際需求，擬定本文的研究設(shè)計主體為五波束基站天線，并對其基本原理作了歸納分析，為下一步的研究設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。接著，本文對工作頻段為1710MHz-2170MHz（適用于在網(wǎng)主流應(yīng)用的2G、3G頻段）的五波束基站天線進(jìn)行了研究設(shè)計。內(nèi)容包括：1）研究分析五波束基站天線陣列的組陣形式：通過理論計算和仿真對比確定了水平面和垂直面的組陣參數(shù)，由此組成一個6x10規(guī)模的天線陣列，并進(jìn)一步優(yōu)化了組陣形式，獲得了更好的輻射性能；2）依據(jù)天線的組陣形式，提出了一種可實現(xiàn)天線水平面波束賦形的5x

5、10Butler矩陣設(shè)計方法。5x10Butler矩陣可由一個5x6Butler矩陣和兩個相同的3x5Butler矩陣級聯(lián)而成。在設(shè)計方案中，創(chuàng)新性地設(shè)計了兩種具有不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的正交3x3Butler矩陣：定向耦合器形式3x3Butler矩陣和混合網(wǎng)絡(luò)形式3x3Butler矩陣；3）優(yōu)選創(chuàng)新形式的定向耦合器3x3Butler矩陣，將其拓展成3x5Butler矩陣后，配套設(shè)計出一種5x6Butler矩陣。前述兩種矩陣組合成的5x10Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)可使天線在水平面同時輻射出五個按需指向的子波束；4）為實現(xiàn)五波束基站天線的垂直面波束賦形，設(shè)計了一種一分六功

6、分網(wǎng)絡(luò)，使天線的垂直面方向圖實現(xiàn)了預(yù)置的下傾角，同時保持較低的副瓣水平。最后，在上述5x6Butler矩陣、3x5Butler矩陣、一分六功分網(wǎng)絡(luò)和天線陣列的基礎(chǔ)上制作了天線，樣機(jī)的實測指標(biāo)與仿真結(jié)果吻合，達(dá)到了設(shè)計要求并滿足實際應(yīng)用。關(guān)鍵詞：基站天線；多波束天線；Butler矩陣；定向耦合器IAbstractAtpresent,the4G(thefourthgenerationmobilecommunicationsystem)hasbeenputintocommercialuseonalargescale,theresearchofthe5Gisinf

7、ullswing.Thecontradictionbetweentheincreasingnumberofmobilecommunicationusersandtheshortageofbasestationsiteresourcesrunsthroughthewholeprocessofthelongtermevolutionofthemobilecommunicationsystem.Nowadays,the2G,3Gand4Gsystemsformalongtermco-existencesituation,Howtomaketheantennapl

8、ayabetterroleintheexistingnetwork