【摘 要】
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随着5G通信时代的到来,多种通信制式并存是未来通信系统的长期发展趋势,这就要求通信系统能够有足够的带宽来覆盖多个制式。多种通信技术(2G、3G、4G和5G)的共同发展,使得基站天线的使用数目急剧增加,同时,为了实现多个通信系统的兼容,作为实现移动通信系统网络覆盖的核心设备,对基站天线的要求越来越高。面对多种制式共同发展的现状,要求基站天线的带宽可以同时覆盖2G/3G/4G LTE及5G的多个频段,
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随着5G通信时代的到来,多种通信制式并存是未来通信系统的长期发展趋势,这就要求通信系统能够有足够的带宽来覆盖多个制式。多种通信技术（2G、3G、4G和5G）的共同发展,使得基站天线的使用数目急剧增加,同时,为了实现多个通信系统的兼容,作为实现移动通信系统网络覆盖的核心设备,对基站天线的要求越来越高。面对多种制式共同发展的现状,要求基站天线的带宽可以同时覆盖2G/3G/4G LTE及5G的多个频段,以减少基站天线的数目。此外,还要求基站天线的尺寸尽可能小,便于实现灵活安装和环境美化。为了满足现代移动通信系统的高需求,节约空间和资源,开展宽带小型化基站天线的研究有着重要的意义。本文的主要工作内容有如下几点:第一,前两章介绍了本研究内容的背景、意义,并总结了宽带小型化基站天线的国内外研究历史和现状,通过对目前基站天线设计中面临的问题和基站天线未来发展趋势的研究分析,提出了本文的研究内容,即可覆盖3G/4G/5G低频段的小型化基站天线单元、可覆盖4G/5G频段的宽带双极化基站天线单元,接着在前面研究内容的基础上,进一步提出了包含最新5G低频段的双频合路基站天线。并对本文涉及的基站天线基础理论进行了简要概述。第二,设计了一种小型双极化基站天线。该天线采用印刷的交叉偶极子实现双极化工作,每个偶极子臂均为弧形花瓣结构,弧形结构可改变偶极子的电流路径,使得低频谐振点向低频移动,同时可以改变两种极化偶极子之间的耦合,使高频谐振点往高频移动,实现天线小型化及宽带化。采用Γ型耦合巴伦进行天线馈电,通过合理优化巴伦尺寸,亦可以实现天线的小型化。该天线单元辐射体尺寸为0.31*0.31,天线高度为0.15,可实现1880-3800MHz频段（VSWR<2.0）的宽频带覆盖,相对带宽67.6%,增益为8.3d Bi左右,双极化端口隔离度大于21 d B。第三,设计了一种宽带小型双极化基站天线。天线单元使用双极化交叉偶极子形式,与二中天线相似,采用等腰直角三角形的耦合切角结构来改变偶极子的电流路径,合理控制耦合切角的大小和偶极子间的耦合间距可以实现天线宽带化。采用微带Γ型巴伦对交叉偶极子进行馈电,耦合馈电可以有效的展宽天线带宽,合理优化微带巴伦的尺寸,可以实现良好的阻抗匹配。实测结果表明,设计的天线可实现2300-5000MHz频段（VSWR<2.0）的宽频覆盖,相对带宽达74%,增益为7.3±1d Bi,满足现代移动通信系统要求。第四,针对未来5G通信时代对移动通信系统提出的宽带通信需求,设计了一款小型化698-790MHz低频天线单元。基于小型化低频天线单元和前面提出的宽带天线单元,提出了一款由一个低频天线单元和一个高频天线单元构成的双频段小型宽带双极化基站天线,可实现4G/5G通信频段的覆盖。
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