多波束基站天線的應(yīng)用研究與設(shè)計(jì)

多波束基站天線的應(yīng)用研究與設(shè)計(jì)

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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(jì)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(jí)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(hào):TN828.6學(xué)校代號(hào):10561學(xué)號(hào):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(jì)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(jí)工程師申請(qǐng)學(xué)位級(jí)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(jì)?應(yīng)用研究?工程/項(xiàng)目管理?調(diào)研報(bào)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(huì)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(jí)工程師,張平教

3、授摘要當(dāng)前,4G(第四代移動(dòng)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(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng)長期演進(jìn)的整個(gè)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。基于上述背景,本文從實(shí)際出發(fā),在移動(dòng)通信領(lǐng)域展開了對(duì)多波束基站天線的應(yīng)用研究與設(shè)計(jì)。首先,本文對(duì)多波束天線技術(shù)的研究進(jìn)展作出概述,對(duì)比分析了實(shí)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(jì)多波束天線的主要技術(shù);隨后,結(jié)合目前移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的實(shí)際需求,擬定本文的研究設(shè)計(jì)主體為五波束基站天線,并對(duì)其基本原理作了歸納分析,為下一步的研究設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。接著,本文對(duì)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(jì)。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(jì)算和仿真對(duì)比確定了水平面和垂直面的組陣參數(shù),由此組成一個(gè)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(shí)現(xiàn)天線水平面波束賦形的5x

5、10Butler矩陣設(shè)計(jì)方法。5x10Butler矩陣可由一個(gè)5x6Butler矩陣和兩個(gè)相同的3x5Butler矩陣級(jí)聯(lián)而成。在設(shè)計(jì)方案中,創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)輻射出五個(gè)按需指向的子波束;4)為實(shí)現(xiàn)五波束基站天線的垂直面波束賦形,設(shè)計(jì)了一種一分六功

6、分網(wǎng)絡(luò),使天線的垂直面方向圖實(shí)現(xiàn)了預(yù)置的下傾角,同時(shí)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(shí)測指標(biāo)與仿真結(jié)果吻合,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求并滿足實(shí)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

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