移动通信体系之3g基站天线构设

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1、移动通信体系之3G基站天线构设第一章引言1.1研究目的和意义随着3G牌照的发放，无线通信事业在全球范围内飞速发展，移动为人们曰常工作生活带来了越来越多的便利。相对于固定而言，它在时间、空间上都具有其无法比拟的优势。近年来，鉴于移动数量的飞速增长，要求无线通信朝着高传输率、大容量和高可靠性方向发展。移动通信系统已从第一代AMPS、TACS、NMT技术，第二代窄带CDMA技术与GSM技术，发展到目前的第三代A、CDMA2000、TD-SCDMA技术，及以技术标准，到如今的第三代移动通信技术，我国的移动通信

2、事业得到了长足的发展：1993年正式开放GSM业务以来，GSM系统被广泛应用于移动通信系统中，已成为目前我国移动通信市场上最具竞争力的一种数字蜂窝系统；TD-SCDMA作为以我国自主研发的无线通信标准，已被世界各国广泛认可和接受，翻开了我国通信史上新的篇章。基站天线作为实现移动通信网络覆盖的核心设备之一，是移动通信系统的重要组成部分，已经伴随着移动通信产业的进步实现了快速的发展，并将会在今后相当长时间内继续保持较快的增长。在发达国家，随着3G、移动宽带接入的普及和智能、上网本、便携式笔记本的增长，更多

3、的频率将会用于3G和移动宽带接入服务，发达国家需继续增加通信网络的扩容。与此同时，新兴市场国家如亚洲的印度、巴基斯坦、印尼和非洲、拉美等区域的部分国家，正处于大规模移动通信网络建网阶段，网络的优化与升级也是他们未来发展的一种趋势，从而为移动通信设备业的发展提供了广阔的市场空间。这都将促进全球通信市场在未来较长的时间都保持着较高的增速，也保障了基站天线产业的市场需求的持续增长。在全球基站设备市场规模中，基站天线占基站设备的比例约在2.8%-4%左右，随着全球3G网络建设甚至4G网络建设的开展，以及LTE

4、的推广与MIMO技术的应用，基站天线数量和价值比例将逐渐增加。与此同时，基站天线由于在无线通信系统中其独特的地位与作用，决定了其电气性能的优劣将直接影响无线通信设备的总体性能，一副高性能的基站天线不仅可以放宽对系统的要求，而且对整个系统性能改进也起到关键性作用。设计满足通信系统中更为荀刻的技术要求的基站天线，特别对于那些固定波束的双极化基站天线和单极化天线意义重大。1.2基站天线研究现状分析目前，通信行业通常把基站天线分为两种：一种为全向基站天线，另一种是定向分布式基站天线，其中全向基站天线的水平面波

5、瓣宽度为360°,而定向天线常有20°，30°,65°,90°,105°,120°,180°等多种水平波瓣3dB宽度。其中水平波瓣3dB宽度为20°，30°的天线，其增益一般较高，多适用于高速公路和狭长地带的信号覆盖；对于65°、90°、105°天线通常分别多用于覆盖密集城区典型基站三扇区城郊地区典型基站三扇区和地广人稀地区典型基站三扇区[:<=;120°，180°天线多用于覆

6、盖角度极宽的特殊形状扇区]。通常可以通过调整天线反射板的宽度、侧向高度、夹角来控制天线的波瓣宽度水平面波瓣3dB宽度为65°、90°、120°的基站天线是目前市场上基站天线的主流。同时，基站天线采用的极化方式也多种多样，主要以线极化为主，其中相对于单极化天线常采用的垂直线极化而言，双线极化天线由于常采用两根±45°交叉线极化天线，从而大大减少天线数目降低天线工程安装的难度和天线成本，减少天线占地空间，是当前城镇地区天线设计的主流技术。近年来，随着通信技术的

7、迅猛发展，宽频化，多频化，小型化，双极化，一体化，伪装化，以及低成本化必将成为未来基站天线的发展趋势。同时，面对频谱资源的日益拥挤，智能天线已成天线设计中的另一个热点领域。对于基站天线来说，如何利用自适应波束成形技术来提高频谱利用率和增加系统容量是今后基站天线的一个发展方向。1.3本文的主要工作和创新针对3G移动通信系统，本文首先设计出一款适用于3G移动通信系统的基站天线阵列单元。该天线阵列单元主要采用两个渐变接地结构的±45°交叉极化组合半波振子，其福射贴片为四个夹角为90&d

8、eg;的矩形贴片，反射板采用V型槽结构用以增大天线的前后比。其次，对阵列天线单元的物理结构进行了优化仿真，分析了天线单元的各个部位对天线性能的影响，并仿真分析了天线阵列单元之间的隔离度，确定了阵列单元之间的最佳间距。然后，在此基础上对基站天线的组阵方案进行了研究，主要包括二阵元、四阵元、八阵元直线阵和四阵元、八阵元平面阵。参照仿真结果，分别从水平波瓣宽度、垂直波瓣宽度、增益、前后比等方面对这5种组阵方案进行了分析。最后，加工测试了二阵元、四阵元直线阵列天