摘要
5G（第五代移动通信系统）时代的到来引入了新的通信模式，对基站天线的性能提出了更高的要求。为了满足不断接入的用户数量且有效解决站点资源短缺的问题，面向5G系统的基站天线应该具备宽频段、高隔离度、高增益和小型化等工作特性，以便实现5G通信的高速率、低延迟、大容量以及波束聚集等特性。当前基站建设采用多制式（2G/3G/4G/5G）多种通信模式并存，随着5G技术在2019年的商用，2G/3G网络将逐步淘汰，未来一段时间内4G与5G网络将长期共存。因此研究一款可以同时兼容5G频段及现存常用通信频段的宽带天线及阵列具有十分重要的意义。本文的主要研究内容如下： 1.针对未来一段时间内4G与5G网络将长期共存的现象，从5G商用的需求出发本文设计了一款适用于4G（LTE2300：2.3-2.4GHz，LTE2500：2.5-2.69GHz）和5G（Sub-6GHz:3.3-3.6GHz）频段的宽带双极化基站天线单元，该天线主要由四部分组成：主辐射器，馈电巴伦结构，反射面和方形寄生贴片。其中辐射面上的L型缝隙与方形寄生贴片有效的拓展了天线带宽并通过圆形连接条保持了紧凑的尺寸。实测结果表明，该天线具有50%（2.2-3.65GHz）的阻抗带宽，驻波比小于1.5且端口隔离度大于30dB。频段内的天线平均增益为8.2dBi，水平面半功率波瓣宽度为63°±4°，轴向交叉极化比大于26dB。 2.为提高天线增益，扩大信号覆盖范围，采用上述所构天线单元组成了一个1×4的直线天线阵列。通过仿真验证了单元天线组成阵列的性能，并对阵元间距进行仿真优化。最后通过实测，该天线及其阵列具有结构坚固、高隔离度、高增益和稳定的辐射特性等优点。可以作为5G阵列基站天线的良好候选。 3.为完整覆盖5G通信Sub-6GHz下3.4-3.6GHz和4.8-5GHz频段，且不对目标频段外的辐射产生电磁干扰，设计了一款应用于5G基站的双频双极化电磁偶极子天线，该天线通过两个正交摆放的Γ型探针馈电并在电偶极子面上加载M型缝隙以实现双频双极化特性。仿真结果得知该天线在3.3-3.7GHz和4.5-5GHz双频段内具有良好的阻抗匹配、高隔离度、高增益和稳定的辐射特性。
NETL