車載、機(jī)載及無線移動通信天線的研究.pdf

1、當(dāng)今，無線通信技術(shù)已經(jīng)滲透到人們生活的方方面面。天線，作為無線通信系統(tǒng)最重要的部件之一，直接影響著整個無線系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。不同的應(yīng)用場景對天線的電性能、外觀結(jié)構(gòu)等要求也各不相同。本文主要針對與人們生活緊密相關(guān)的汽車、飛機(jī)以及無線移動通信這三種場景下天線設(shè)計現(xiàn)存的難題進(jìn)行研究。根據(jù)不同安裝環(huán)境下天線的要求，設(shè)計了適用于這三種場景的多款天線，并開發(fā)了一款軟件平臺。
　　具體來說，本文的主要工作包括以下幾個方面：
　　1.設(shè)計了三

2、種車載天線。第一種車載天線為自匹配單極子天線，通過將匹配結(jié)構(gòu)設(shè)計在天線的輻射體上，結(jié)合使用差分進(jìn)化算法和自適應(yīng)協(xié)方差矩陣進(jìn)化算法優(yōu)化匹配結(jié)構(gòu)的尺寸，在保持天線纖細(xì)緊湊的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上展寬了單極子帶寬；第二種車載天線為寬帶寬波束衛(wèi)星通信圓極化天線，通過使用終端開路容性金屬片來展寬交叉折疊偶極子的帶寬，使用一個寬帶的90°功分網(wǎng)絡(luò)在寬頻帶范圍內(nèi)實現(xiàn)圓極化；第三種車載天線為高增益加載天線，在設(shè)計天線時將真實車體與天線模型結(jié)合進(jìn)行一體化仿真，通過

3、使用電抗加載和優(yōu)化算法結(jié)合的方法改善車體對天線的電壓駐波比和方向圖的影響，使天線水平面內(nèi)增益達(dá)到最優(yōu)。
　　2.設(shè)計了兩種機(jī)載天線。第一種機(jī)載天線為小型化單頻/雙頻的圓環(huán)縫隙天線，通過將匹配結(jié)構(gòu)折疊在天線地板的背面從而減小了天線的尺寸，通過調(diào)節(jié)天線的匹配結(jié)構(gòu)實現(xiàn)單頻/雙頻特性，通過將天線邊緣短路接地使得天線對周圍環(huán)境不敏感，這種天線適合無縫嵌入于金屬機(jī)身的小型無人機(jī)；第二種機(jī)載天線為低輪廓集成介質(zhì)波導(dǎo)多喇叭全向天線，這種天線使用集

4、成介質(zhì)波導(dǎo)技術(shù)，有易于集成、成本低、低剖面等優(yōu)點。論文還研究了不同喇叭個數(shù)、不同匹配方法對這類天線的電壓駐波比和方向圖性能的影響，這類天線適合應(yīng)用于非金屬機(jī)身的小型無人機(jī)。
　　3.設(shè)計了兩種無線移動通信天線。首先針對室內(nèi)信號質(zhì)量差的問題設(shè)計了兩個可用于2G/3G/4G無線移動通信的室內(nèi)分布天線：可實現(xiàn)方向圖分集的室內(nèi)分布系統(tǒng)天線和可同時實現(xiàn)方向圖、極化分集的室內(nèi)分布系統(tǒng)天線，這兩個天線都是由多天線組成的集成天線，巧妙的解決了集成

5、天線“電纜線穿心”的難題，具有占用空間小、可良好覆蓋天花板下方半空間的優(yōu)點；然后針對無線移動通信信號回傳難的問題設(shè)計了高增益開關(guān)寄生陣列天線，這種天線增益高，波束可切換，水平面360度全覆蓋，且容易實現(xiàn)電下傾，有望解決現(xiàn)代城市無線信號回傳的難題。
　　4.研發(fā)了基于C++語言的大規(guī)模陣列天線仿真平臺。該平臺主要針對5G大規(guī)模陣列天線仿真需要超高配置的硬件、仿真費時費力、設(shè)計天線難的問題，可實現(xiàn)大規(guī)模陣列天線的快速分析與優(yōu)化功能。用

6、戶可使用該平臺“一鍵式”完成 HFSS建模；更為重要的是，該平臺提出了一種新穎的陣列快速計算的近似方法，該方法誤差很小，大大節(jié)省了仿真所用的時間、降低了所需的硬件設(shè)施的配置。此外，該平臺還通過使用差分進(jìn)化算法對陣列天線饋電幅度和相位的優(yōu)化，實現(xiàn)了波束的賦形功能。用戶僅需輸入所需的方向圖模板，優(yōu)化軟件根據(jù)模板和單元方向圖數(shù)據(jù)就可以優(yōu)化出所需的波束形狀以及饋電幅度和相位；最后，該平臺提供計算分析各項移動通信天線常用參數(shù)的功能，以便用戶與行業(yè)