基站天线波束赋形及其应用研究

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1、代号10701学号1075490279分类号TN82密级公开UDC编号题（中、英文）目基站天线波束赋形及其应用研究StudyofBeamformingforBaseStationAntennasandItsApplication作者姓名白晓平学校指导教师姓名职称孙保华教授工程领域电子与通信工程企业指导教师姓名职称高峰高工论文类型应用基础技术类提交论文日期二○一三年三月西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中

2、所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它

3、复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。（保密的论文在解密后遵守此规定）本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。本人签名：日期导师签名：日期摘要I摘要我国第三代移动通信技术（3G）的大规模商用以及第四代移通信技术（4G）的试商用，对基站天线的性能提出了越来越严苛的要求。传统的全向天线和集束天线日益不能满足基站天线高速率、高质量传输数据的要求，因而阵列天线在基站天线中的应用得到了极大重视，阵列天线以其增益高、辐射方向性强、方向图易成形、抗干扰能力强等优点已经成为天线设计领域的热点。作为阵列天线

4、的关键技术之一，阵列的波束赋形设计显得尤为重要。本文研究了用于移动通信的基站阵列天线的波束赋形问题，主要工作包括以下几个方面：1.研究了传统的方向图综合方法和常用的几种用于方向图综合的优化算法，重点阐述了萤火虫算法（FA）的原理，并将方向图赋形问题视为目标函数的优化问题，合理构造目标函数，最终实现了一种基于萤火虫算法的阵列方向图赋形算法。2.设计了一款用于移动通信基站天线阵列波束赋形的优化软件，该软件核心优化模块采用萤火虫算法。本文使用该软件对基站天线所要求的各种特殊波束进行了设计实现，包括窄波束、宽波束、马鞍形波束、水平倾斜波束、垂直下倾波束的设计与实现

5、，并完成了零点填充、旁瓣抑制等方向图优化任务。3.设计了一个16单元的宽带平面偶极子天线阵列，并在HFSS平台上进行了仿真计算。利用本文设计的波束赋形算法优化得出的馈电权值，在HFSS平台上进行了模型仿真。经过对比从软件和HFSS中输出的方向图结果，我们验证了本文设计的赋形软件的有效性和准确性。该阵列的阵元辐射贴片采用对折偶极子结构，双臂采用耦合馈电方式，端口用50欧姆同轴线进行馈电，印制在厚度为1mm，相对介电常数为2.65的介质上，阵元可工作于2.3-2.8GHz。然后以间距为rdx82mm、dy61mm组成4*4阵列后可工作于2.5-4.3G

6、Hz。分别以单个偶极子和1*4阵列作为阵元，通过HFSS仿真平台分别对1*4阵列的E面方向图和4*4阵列的H面方向图的软件综合结果进行了验证，结果显示该软件具有易用性、准确性、有效性等特点。关键词：波束赋形方向图综合基站天线阵列天线萤火虫算法ABSTRACTIIIABSTRACTWiththelarge-scalecommercialuseofthethirdgenerationmobilecommunicationtechnology(3G)andthecommercialtrialofthefourthgeneration(4G),thebasesta

7、tionantennasfaceincreasinglystringentrequirementsontheperformanceoftransmissionspeedanddataquality.Sincethetraditionalomni-directionalantennasandclusterantennascannotmeettherequirements,theapplicationofantennaarraysinbasestationattractsmoreandmoreattentioninrecentyears.Withthesign

8、ificantadvantagesofhighgain,stron