室分系统多制式共口径天线设计(附件)
随着移动通信网络的不断建设和发展,移动用户也不断的增加，并且大多数用户的移动业务都发生在室内，然而天线作为通信系统的重要组成部分，因此天线的设计对于室内通信系统有着重要影响。本文设计的天线是将辐射单元设计为椭圆形贴片和矩形微带贴片两个部分级联而成的微带天线，这样会使级联处的特性阻抗会发生突变，将在0.9GHz和2.2GHz频率处发生谐振，在低频段（762－985MHz）和高频段（1683－2550MHz）的S11参数都小于-10dBi，除4G的一个频段不能包括（2575-2635MHz）之外，它可以覆盖2G，3G和4G的其它所有频段，并且在中心频率为2.2GHz时增益达到了3.7dBi。从天线的S11参数与增益可知我设计的这款天线在现在的２Ｇ，３Ｇ和４Ｇ通信系统中具很好的发展空间。关键词 微带天线,室分系统，多制式，S11参数，增益
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 微带天线的发展状况 1
1.3 研究的意义 2
2 天线原理 3
2.1 天线的工作原理 3
2.2 天线性能参数 5
3 天线的设计 9
3.1 天线的结构设计 9
3.2 天线尺寸计算 10
4 天线的优化 11
4.1 建立仿真模型 12
4.2 S11参数的优化 13
4.3 S11优化后的结果 17
4.4 方向图的优化 18
5 优化结果分析 21
5.1 S11参数分析 21
5.2 方向图分析 22
5.3 最终天线的尺寸 25
总结 26
致谢 27
参考文献 28
绪论
1.1 研究背景
随着移动通信网络的不断快速建设和发展，通信设备在中国的普及率提高飞快，但是这些设备的使用环境常常会被限制，因为在现在的城市中有很多高楼大厦，这些高楼大厦中间楼层由于移动终端可以接收到四面不同基站发出来的多个信号，使基站信号产生了堆叠，导致室内接收的信号干扰非常严重，这些原因导致了移动终端的信号接收受到了影响 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
，所以移动终端的信号会忽强忽弱极不稳定。还有现在的建筑多以钢筋混凝土作为建筑物骨架，还有很多的建筑是成封闭的形式[12]，这样的建筑就是一个对信号屏蔽非常的严重，使通话质量严重下降，使移动终端上网等等都受到了严重的影响。然而移动终端逐渐成为了广大群众日常生活中使用的一种现代化通信工具，他们利用它来查询资料，记录生活中的点点滴滴，上网买东西并且利用到了手机上的支付款等，现在人们都很少在身上带现金了等等。因此人们多上网的质量就有了不低的要求，他们希望在上网的时候手机不会有卡顿的现象，希望网路能流畅的完成他们想要的结果，例如看视频不会有卡顿的现象，这些要求渐渐变在室内的要求,如大型会议中心、机场等人流量非常大的公共场所也能享受优质的移动通信服务，还有现在人们在室内利用移动通信时间已经渐渐大于室外的活动时间，然而天线作为通信系统的重要组成部分，因此天线的设计对于室内通信系统有着重要影响，因此发展室内天线是有重要意义的。
现在的天线能多制式多系统共用，这样是实现节约能源减少污染的排放，它还可以保护环境的需要。并且多制式天线还可以把多副天线的功能都集中到同一副天线中，这样会极大地减少通信系统中所需要的天线数量，更重要的是，多制式天线有利于移动通信系统的共建共享[2]。按照目前中国移动的网络制式和频谱划分，多制式天线可以将２Ｇ/３Ｇ/４Ｇ/5G的所有频段包含其中[2]，但是由于现在条件的限制和其他因素5G网络还不能前面的推广，现在就只是在指定的地点进行建设和实验。因此设计室分系统多制式共口径天线具有重要的理论意义和实用价值。
1.2 微带天线的发展状况
在这个阶段，微带天线通过使用某种技术将贴片附着到非常薄的电介质基板上而被光刻蚀刻。因为要求精确度非常高,所以用这种方法是现在最有效的方法之一制成我们想要的形状的金属贴片，另一面附上金属薄层作为接地板（ GND），这个金属板我们一般是铜（ Cu）来制作的，因为这样成本比较低，还能达到预期的效果。然后在利用微带线或者其他馈电方式针对贴片进行馈电构成的天线。
微带天线通常在我们的日常生活中分为两种：
当贴片形状是一细长带条作为发射板的时候我们就把这样的天线定义为微带振子天线[9]。
贴片是一个面积单元时我们就把它叫作为微带天线[9]。但是当接地板被腐刻出缝隙并且在介质基片的另一面印制作出微带线时，在通过在缝隙馈电，则构成微带缝隙天线[9]。
微带天线和其他天线相比有着非常独特的优势比如体积非常小、功率小、制造工艺非常简单、重量非常轻、并且容易实现共形等等优点，正是因为它的独特优点它被广泛地应用着。微带天线可以被认为是一个谐振腔，也就是说它在谐振频率附近的工作频带中具有较高的值。虽然微带天线的研究已经非常成熟和广泛应用，但我们对微带天线电磁散射特性的分析和研究还有许多值得研究的问题。例如:到目前为止，还没有找到非常令人满意的方法去解决微带天线的频段小的，损耗大，效率也比较低等这些都是微带天线需要改进的地方。并且在制作微带天线的时候对天线的尺寸要求是非常的高的，所以对于一些厂家来说要想作好一个高质量的天线是非常困难的，所以我们还需要在天线的制作的方面进行改进。还有在基片是上我们还没找到一块完美的基片，因为一块好的基片代表着它在电信能，热性能，机器性能方面都非常的优选，但是由于技术的原因我们还没找到一块这样的基片能完成单片微带相控阵天线。
1.3研究的意义
为了解决上述室内信号覆盖和相互干扰带来上网烦恼，现在的解决方案是在室内安装天线来提高网络。简而言之，基站的信号通过有线方式直接引入室内[14]。然后在需要网络的地方安装天线，这样就可以提供小网覆盖，这样有如下好处。
1) 可以消除大型商场、酒店宾馆、重要公共场所、型建筑物等的室内2G,3G和4G覆盖盲区。
2) 它可以在一定空间和范围内提供良好的网洛质量，让移动用户在一个封闭的空间内也能流畅的完成上网。
3) 它可以提高网络信号的传输速率。
通过上面的数据我们可以看出现在通信对于我们的生活来说是多么重要，所以我们现在要快速的发展我们的通信行业。通常，每一种天线会提供特定的工作频段。但是一些特殊的微带天线也可用于1–49GHz的频率范围。
它和其他的天线相比有如下优点：
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 微带天线的发展状况 1
1.3 研究的意义 2
2 天线原理 3
2.1 天线的工作原理 3
2.2 天线性能参数 5
3 天线的设计 9
3.1 天线的结构设计 9
3.2 天线尺寸计算 10
4 天线的优化 11
4.1 建立仿真模型 12
4.2 S11参数的优化 13
4.3 S11优化后的结果 17
4.4 方向图的优化 18
5 优化结果分析 21
5.1 S11参数分析 21
5.2 方向图分析 22
5.3 最终天线的尺寸 25
总结 26
致谢 27
参考文献 28
绪论
1.1 研究背景
随着移动通信网络的不断快速建设和发展，通信设备在中国的普及率提高飞快，但是这些设备的使用环境常常会被限制，因为在现在的城市中有很多高楼大厦，这些高楼大厦中间楼层由于移动终端可以接收到四面不同基站发出来的多个信号，使基站信号产生了堆叠，导致室内接收的信号干扰非常严重，这些原因导致了移动终端的信号接收受到了影响 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
，所以移动终端的信号会忽强忽弱极不稳定。还有现在的建筑多以钢筋混凝土作为建筑物骨架，还有很多的建筑是成封闭的形式[12]，这样的建筑就是一个对信号屏蔽非常的严重，使通话质量严重下降，使移动终端上网等等都受到了严重的影响。然而移动终端逐渐成为了广大群众日常生活中使用的一种现代化通信工具，他们利用它来查询资料，记录生活中的点点滴滴，上网买东西并且利用到了手机上的支付款等，现在人们都很少在身上带现金了等等。因此人们多上网的质量就有了不低的要求，他们希望在上网的时候手机不会有卡顿的现象，希望网路能流畅的完成他们想要的结果，例如看视频不会有卡顿的现象，这些要求渐渐变在室内的要求,如大型会议中心、机场等人流量非常大的公共场所也能享受优质的移动通信服务，还有现在人们在室内利用移动通信时间已经渐渐大于室外的活动时间，然而天线作为通信系统的重要组成部分，因此天线的设计对于室内通信系统有着重要影响，因此发展室内天线是有重要意义的。
现在的天线能多制式多系统共用，这样是实现节约能源减少污染的排放，它还可以保护环境的需要。并且多制式天线还可以把多副天线的功能都集中到同一副天线中，这样会极大地减少通信系统中所需要的天线数量，更重要的是，多制式天线有利于移动通信系统的共建共享[2]。按照目前中国移动的网络制式和频谱划分，多制式天线可以将２Ｇ/３Ｇ/４Ｇ/5G的所有频段包含其中[2]，但是由于现在条件的限制和其他因素5G网络还不能前面的推广，现在就只是在指定的地点进行建设和实验。因此设计室分系统多制式共口径天线具有重要的理论意义和实用价值。
1.2 微带天线的发展状况
在这个阶段，微带天线通过使用某种技术将贴片附着到非常薄的电介质基板上而被光刻蚀刻。因为要求精确度非常高,所以用这种方法是现在最有效的方法之一制成我们想要的形状的金属贴片，另一面附上金属薄层作为接地板（ GND），这个金属板我们一般是铜（ Cu）来制作的，因为这样成本比较低，还能达到预期的效果。然后在利用微带线或者其他馈电方式针对贴片进行馈电构成的天线。
微带天线通常在我们的日常生活中分为两种：
当贴片形状是一细长带条作为发射板的时候我们就把这样的天线定义为微带振子天线[9]。
贴片是一个面积单元时我们就把它叫作为微带天线[9]。但是当接地板被腐刻出缝隙并且在介质基片的另一面印制作出微带线时，在通过在缝隙馈电，则构成微带缝隙天线[9]。
微带天线和其他天线相比有着非常独特的优势比如体积非常小、功率小、制造工艺非常简单、重量非常轻、并且容易实现共形等等优点，正是因为它的独特优点它被广泛地应用着。微带天线可以被认为是一个谐振腔，也就是说它在谐振频率附近的工作频带中具有较高的值。虽然微带天线的研究已经非常成熟和广泛应用，但我们对微带天线电磁散射特性的分析和研究还有许多值得研究的问题。例如:到目前为止，还没有找到非常令人满意的方法去解决微带天线的频段小的，损耗大，效率也比较低等这些都是微带天线需要改进的地方。并且在制作微带天线的时候对天线的尺寸要求是非常的高的，所以对于一些厂家来说要想作好一个高质量的天线是非常困难的，所以我们还需要在天线的制作的方面进行改进。还有在基片是上我们还没找到一块完美的基片，因为一块好的基片代表着它在电信能，热性能，机器性能方面都非常的优选，但是由于技术的原因我们还没找到一块这样的基片能完成单片微带相控阵天线。
1.3研究的意义
为了解决上述室内信号覆盖和相互干扰带来上网烦恼，现在的解决方案是在室内安装天线来提高网络。简而言之，基站的信号通过有线方式直接引入室内[14]。然后在需要网络的地方安装天线，这样就可以提供小网覆盖，这样有如下好处。
1) 可以消除大型商场、酒店宾馆、重要公共场所、型建筑物等的室内2G,3G和4G覆盖盲区。
2) 它可以在一定空间和范围内提供良好的网洛质量，让移动用户在一个封闭的空间内也能流畅的完成上网。
3) 它可以提高网络信号的传输速率。
通过上面的数据我们可以看出现在通信对于我们的生活来说是多么重要，所以我们现在要快速的发展我们的通信行业。通常，每一种天线会提供特定的工作频段。但是一些特殊的微带天线也可用于1–49GHz的频率范围。
它和其他的天线相比有如下优点：
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