室內基站重發(fā)天線的設計.pdf

1、針對室內小型基站系統(tǒng)對重發(fā)天線的寬帶化、小型化和簡單化要求，采用貼片天線，以E形結構為原型，進行重發(fā)天線的設計。E形微帶天線具有結構簡約、頻帶較寬、性能穩(wěn)定等特點，已得到廣泛應用。但E形天線的寬帶化需要有較厚（0.05λ以上）基板來支撐，這為實際小型基站系統(tǒng)空間尺寸所不允許。減薄E形天線基板，則會引起帶寬變窄、輻射性能變差等問題?；诖?，本論文以較薄基板(約為0.02λ)E形天線為原型，通過結構變形、縫隙加載、結構非對稱化等方法，在較薄

2、基板上進行小型寬帶微帶天線的設計，以滿足小型基站系統(tǒng)的應用要求。
　　論文首先通過結構變形，以實現(xiàn)較薄基板E形天線性能的改進。對較薄基板E形微帶天線的分析發(fā)現(xiàn)，利用雙諧振特性同樣可以拉寬天線工作頻帶。但高低頻諧振點的輻射元電流分布不同，導致高低頻諧振點的天線增益差值較高，并引入較大的交叉極化，同時在2.5GHz附近產(chǎn)生較強高階諧振輻射，可能對WLAN系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。為此，在E形天線的非切口側輻射邊引入“凹”形缺口。結果表明，“凹”形

3、口有助于實現(xiàn)高低頻電流路徑較為一致的對稱傾角，從而在工作頻帶內得到較為一致的天線增益。并在保證天線覆蓋頻段的同時使天線尺寸有一定程度的減小。還可發(fā)現(xiàn)，“凹”形輻射邊可限制橫向電流分布，從而有效地抑制了2.5GHz附近高階諧振輻射。但由于兩諧振點的表面電流仍是沿貼片兩對角方向，帶“凹”形口天線依然存在較大的交叉極化?；诖?，進一步設計了具有梯形輪廓的E形天線。由實驗結果可知，天線在DCS1880頻帶的絕對帶寬為150MHz，天線尺寸為91

4、mm×37.9mm。由于梯形輪廓的限制，兩諧振點的表面電流更一致的趨于縱向分布，因此天線具有較好的方向圖頻帶特性和較小的交叉極化分量，同時也能對高階諧振幅度實現(xiàn)有效陷波。
　　縫隙加載是實現(xiàn)微帶天線小型寬帶化的常用方法。在分析內嵌縫隙和開口縫隙作用原理基礎上，對E形天線兩側非輻射邊引入矩形條內嵌縫隙的研究表明，非輻射邊縫隙加載并不會明顯改變天線的表面電流分布，但在高頻端引入縫隙輻射模。為使縫隙模向工作頻帶靠近，將矩形條縫隙向輻射邊

5、延伸形成L形縫隙，發(fā)現(xiàn)在保證工作頻帶同時可有效地減少天線尺寸，這是因為縫隙模使工作頻帶內的高頻諧振點頻率下移，可見由縫隙模擠壓原工作頻帶內高低頻諧振點將有助于天線尺寸的減少。但由于縫隙主要居于非輻射邊，其輻射場極化與主極化正交，故即使縫隙模下移至工作頻帶從而更大地展寬工作頻帶，其輻射場特性并非設計所期望。對非輻射邊的切口縫隙加載，雖可能產(chǎn)生與主極化一致的輻射場，但由于實際尺寸限制只能利用較短縫隙，并不能產(chǎn)生對應的縫隙模;如增加縫隙長度，

6、則會大幅度地改變原貼片電流分布。為此，對E形切口側輻射邊進行開口縫隙再加載。結果表明，相同介質基板的天線在DCS1880頻帶的絕對帶寬為145MHz，其尺寸為79.9mm×37.9mm。這表明輻射邊切口縫隙加載后，利用其縫隙模的擠壓作用及對工作頻帶內橫向電流的抑制作用，可在減少天線尺寸的同時，保持有較大的工作帶寬，并且在工作頻帶內具有較一致的方向性和較低的交叉極化，同時對高階諧振輻射具有良好的抑制作用。
　　最后，論文提出利用非對

7、稱結構產(chǎn)生雙諧振特性，實現(xiàn)天線的小型寬帶化。在此以WCDMA頻段為設計實例，實驗結果表明，非對稱結構在保證天線帶寬和基本不變的方向性同時，能較大幅度減少天線尺寸。但要注意的是，在產(chǎn)生寬帶特性的雙頻諧振點上，由于結構的不對稱，其輻射波極化方向可能相互正交，或產(chǎn)生圓極化特性，因此在設計中要加以仔細調整。
　　以上三類天線結構設計中，梯形輪廓E形天線結構較為簡單，輻射邊切口縫隙天線的極化特性較好，而非對稱結構天線具有更小的天線尺寸。它們