基站天線波束賦形及其應(yīng)用研究

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1、代號10701學(xué)號1075490279分類號TN82密級公開UDC編號題（中、英文）目基站天線波束賦形及其應(yīng)用研究StudyofBeamformingforBaseStationAntennasandItsApplication作者姓名白曉平學(xué)校指導(dǎo)教師姓名職稱孫保華教授工程領(lǐng)域電子與通信工程企業(yè)指導(dǎo)教師姓名職稱高峰高工論文類型應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)類提交論文日期二○一三年三月西安電子科技大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中

2、所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果；也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。申請學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切的法律責(zé)任。本人簽名：日期西安電子科技大學(xué)關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解西安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬西安電子科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許查閱和借閱論文；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它

3、復(fù)制手段保存論文。同時本人保證，畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位論文研究課題再撰寫的文章一律署名單位為西安電子科技大學(xué)。（保密的論文在解密后遵守此規(guī)定）本學(xué)位論文屬于保密，在年解密后適用本授權(quán)書。本人簽名：日期導(dǎo)師簽名：日期摘要I摘要我國第三代移動通信技術(shù)（3G）的大規(guī)模商用以及第四代移通信技術(shù)（4G）的試商用，對基站天線的性能提出了越來越嚴(yán)苛的要求。傳統(tǒng)的全向天線和集束天線日益不能滿足基站天線高速率、高質(zhì)量傳輸數(shù)據(jù)的要求，因而陣列天線在基站天線中的應(yīng)用得到了極大重視，陣列天線以其增益高、輻射方向性強(qiáng)、方向圖易成形、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為天線設(shè)計領(lǐng)域的熱點(diǎn)。作為陣列天線

4、的關(guān)鍵技術(shù)之一，陣列的波束賦形設(shè)計顯得尤為重要。本文研究了用于移動通信的基站陣列天線的波束賦形問題，主要工作包括以下幾個方面：1.研究了傳統(tǒng)的方向圖綜合方法和常用的幾種用于方向圖綜合的優(yōu)化算法，重點(diǎn)闡述了螢火蟲算法（FA）的原理，并將方向圖賦形問題視為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問題，合理構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)了一種基于螢火蟲算法的陣列方向圖賦形算法。2.設(shè)計了一款用于移動通信基站天線陣列波束賦形的優(yōu)化軟件，該軟件核心優(yōu)化模塊采用螢火蟲算法。本文使用該軟件對基站天線所要求的各種特殊波束進(jìn)行了設(shè)計實(shí)現(xiàn)，包括窄波束、寬波束、馬鞍形波束、水平傾斜波束、垂直下傾波束的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

5、，并完成了零點(diǎn)填充、旁瓣抑制等方向圖優(yōu)化任務(wù)。3.設(shè)計了一個16單元的寬帶平面偶極子天線陣列，并在HFSS平臺上進(jìn)行了仿真計算。利用本文設(shè)計的波束賦形算法優(yōu)化得出的饋電權(quán)值，在HFSS平臺上進(jìn)行了模型仿真。經(jīng)過對比從軟件和HFSS中輸出的方向圖結(jié)果，我們驗證了本文設(shè)計的賦形軟件的有效性和準(zhǔn)確性。該陣列的陣元輻射貼片采用對折偶極子結(jié)構(gòu)，雙臂采用耦合饋電方式，端口用50歐姆同軸線進(jìn)行饋電，印制在厚度為1mm，相對介電常數(shù)為??2.65的介質(zhì)上，陣元可工作于2.3-2.8GHz。然后以間距為rdx?82mm、dy?61mm組成4*4陣列后可工作于2.5-4.3G

6、Hz。分別以單個偶極子和1*4陣列作為陣元，通過HFSS仿真平臺分別對1*4陣列的E面方向圖和4*4陣列的H面方向圖的軟件綜合結(jié)果進(jìn)行了驗證，結(jié)果顯示該軟件具有易用性、準(zhǔn)確性、有效性等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：波束賦形方向圖綜合基站天線陣列天線螢火蟲算法ABSTRACTIIIABSTRACTWiththelarge-scalecommercialuseofthethirdgenerationmobilecommunicationtechnology(3G)andthecommercialtrialofthefourthgeneration(4G),thebasesta

7、tionantennasfaceincreasinglystringentrequirementsontheperformanceoftransmissionspeedanddataquality.Sincethetraditionalomni-directionalantennasandclusterantennascannotmeettherequirements,theapplicationofantennaarraysinbasestationattractsmoreandmoreattentioninrecentyears.Withthesign

8、ificantadvantagesofhighgain,stron