摘要
5G通信技术的发展对于满足人们渴望美好科技生活的愿望带来了希望，万物互联的概念成为现实，无人驾驶、VR等产业迎来了新的机遇。但是随着频段的升高，天线的辐射衰减加大、覆盖面积降低等问题的突出不容忽视，因此高增益性能是目前5G基站天线发展的过程中尤为突出的考虑指标；磁电偶极子天线利用互补的设计理念，可实现高增益、大带宽的性能。以往的磁电偶极子天线模型覆盖3-5GHz的较少，且模型较为复杂，组阵的更少之又少。故本文分别设计了应用于覆盖5G基站的单极化天线单元和双极化天线单元，并对其进行阵列设计。同时优化了一款同时覆盖3G/4G/5G的宽带的双极化天线单元。论文的主要工作如下： 1本文第一部分设计了一款单极化的磁电偶极子天线，其采用电流路径改变的思想，对磁偶极子的短接金属底板的竖直金属部分进行弯折，其尺寸为0.38λ×0.5λ×0.19λ（中心频率为4GHz），高度与传统的磁电偶极子天线比较降低了0.06λ。其相对带宽为55%(2.9-5.1GHz)，其峰值增益达到了10dBi，且在其需求的频段的增益平坦度变化较小，平均增益大于8.4dBi。后对其进行组阵设计，实现了2x2的平面阵列设计。并利用天线单元十字正交摆放的位置，设计了±45°双极化的阵列辐射效果，其阵列设计结构简单，符合微基站的设计理念，其峰值增益为14.5dBi，且在其所需求的带宽内平均增益大于13dBi。 2本文第二部分设计了一款双极化磁电偶极子天线单元，首先在电偶极子边缘部分进行弯折用于减小平面尺寸，另外在其电偶极子边缘加载了L型缝隙，以扩大电流的流经路径，拓宽阻抗带宽，并在辐射单元之间的缝隙加载矩形金属块，增强了阻抗匹配的效果。其满足3-5GHz的覆盖，且端口的VSWR在工作带宽内均低于1.5，两端口的隔离超过25dB，增益在覆盖带宽内的平均值基本处于10dBi左右。并选择上述天线单元进行组阵，使其成为2x2的平面阵列，阵列的峰值增益达到了17.2dBi。并利用微带功分器对其进行馈电。加工并测试了双极化天线单元，经过结果对比，两种结果的吻合度良好。 3本文还利用第二部分的双极化磁电偶极子天线设计思想优化了一款应用于1.8-5GHz的天线单元，实现了3G/4G/5G频段共存的多模态宽带天线，在其电偶极子边缘进行切割矩形和三角形的结构，以实现大带宽目的。经验证其实验结果满足3G、4G和5G的频段覆盖，符合如今天线发展过程中的多模态需求。此天线单元结构简单紧凑，增益在所需带宽内均大于8dBi，平均增益超过10dBi。
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