用于mimo系统的基站天线研究与设计

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1、摘要摘要平板电脑、智能手机、掌上游戏机等移动设备的蓬勃发展以及当前移动通信用户的数量剧增，为无线通信的质量和数据传输的速度提出了巨大的挑战。基站天线在通信系统中扮演着至关重要的角色，高性能的基站天线可以提供更优的通信质量与更快的通信速率。MIMO（multipleinputmultipleoutput多输入多输出）技术在提高通信速度和信道容量方面有着独特的优势，其与基站天线的结合为当前不断增加的高速通信需求提供了可行方案。因此，设计应用于MIMO基站通信的高性能天线单元与阵列变得非常有必要。本文首先介绍了

2、基站天线的基本概念与实际应用中的相关要求，在此基础上进一步阐述了MIMO技术与基站天线结合的可行性。本文在磁电偶极子天线的基础上设计出了满足项目要求的高增益宽带12单元MIMO基站天线阵列，完成了天线实物的加工与测试，达到了项目关于带宽、增益、阵元数目、最大功率容量的要求。本文对磁电偶极子天线进行了较为深入的分析，从工作原理、电流分布等方面入手，并在此基础上，设计出了具有陷波特性的MIMO基站天线阵列，实现了大范围陷波频带可调的高性能MIMO天线系统设计，加工的天线实物测量结果与仿真结果吻合良好，实现了很

3、好的工作特性。其次，本文还利用双U型槽结构设计出了工作于WLAN与WIMAX的双带基站天线单元。除了在所需工作频段内具有很好的定向与高增益特性，通过调节不同U型结构的尺寸，还可以实现不同频段的应用需求。其频带单独可调性也为其应用于MIMO基站系统提供了很大的设计灵活性，其高增益与定向特性为其应用于远距离基站通信提供了一种选择。不得不提的是，该天线在高频处的方向图不稳定，这可能会导致一些对通信质量要求高的区域出现盲区进而限制其应用。分析其原因可知由于大小U型槽单独控制对应的工作频段，而在高频工作时，小U型槽

4、的遮挡效应导致了高频方向图不稳定的出现。最后，针对上述提到的高频处方向图凹陷问题，本文采用Sierpinski分形结构代替U型水平贴片，利用分形结构的多频特性与自相似性设计出了可工作于WLAN2.4GHz和5.2GHz的双频天线。并在此基础上设计出了一款双带双极化天线，测量结果基本与仿真结果相吻合，该天线利用双极化特性在有限的空间内可实现更大的通信容量，满足当前MIMO基站天线的大容量、高质量通信要求。I西安电子科技大学硕士学位论文关键词：MIMO，基站天线，磁电偶极子，U型槽，分形结构论文类型：应用基础

5、研究类IIABSTRACTABSTRACTTherapiddevelopmentofsuchmobiledevicesaslaptop、smartphone、handheldgameplayersandincreasingnumbersofcustomersforwirelessaccessbringingreatchallengeforqualityandspeedofwirelesscommunications.Asanimportantpartofwirelesscommunicationsyste

6、ms,propertiesofbasestationantennagreatlyaffecthowwellcommunicationscouldbe.TheadoptionofMIMO(multipleinputmultipleoutput)schemecanraisecommunicationspeedandaddtosignalcapacitywiththeusageofsamefrequencysources.ThecombinationofMIMOtechnologyandbasestationa

7、ntennasprovidesfeasibilityforcurrentneedofhighspeedcommunications.Thus,itisingreatneedtodesignhigh-performanceantennaelementsandarraysforbasestationcommunications.Inthebeginning,thisthesisintroducesconceptandpracticalapplicationsofbasestationantennaandpre

8、sentsdifferentcombinationsofMIMOsystemsandbasestationantennas.AMIMOantennaarraythathashighgain、wideimpedancebandwidthonthebasisofmagneto-electricantennaisalsointroduced.Theproposeddesignisfabricatedandtested,inlinew