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第1章 引言
了给垂直面波瓣赋形，蜂窝在水平面内可以分为几个扇区以抑制移动端间的干扰。FDMA/TDMA系统在相邻的扇区采用不同的频带，而在CDMA(code division multiple access ,码分多址)系统中，所有扇区采用同一频带。从增加用户容量的角度考虑，CDMA系统采取分扇区赋形波瓣也是很重要的。
由于在每个扇区里，CIR值会随着移动用户数量的增加而恶化，因而，用户总数就受限于基站的辐射波瓣宽度。这一点通常通过在水平面内对波瓣分扇区设计来实现。在郊区，采用全向天线来拓宽覆盖区域。水平面的波瓣形状由天线单元来决定，反射板和附加于天线单元上的寄生单元也会影响扇区波瓣的形状。限制主瓣覆盖区域的第二类技术是在垂直面内倾斜波束，使波束的最大指向偏离水平轴。实现波束倾斜有两类方法：（1）天线的机械倾斜；（2）通过调整天线不同单元间的相对相位实现电倾斜。
由于筑物和其他障碍物的多次反射引起的衰落现象，使得基站天线的上行链路信号电平起伏较大。在基站中，采用分集接收技术可以增强上行链路信号的电平，从而减少多径衰落的影响。尽管基站在水平面采用分扇区设计技术本身就是一类天线方向分集系统，许多基站还是采用另外一只天线实现空间分集。通常采用极化分集技术以减少一个基站中使用天线的数目，因为在极化分集系统中，另一副接收天线可以和收发共用天线安装在同一位置上。
一副基站天线的主要组成部分包括：天线单元、馈电网络和移相器。在覆盖区域半径为1km～5km的宏蜂窝系统中，通常采用增益具有10dBi至20dBi的天线。这么高的增益只有采用阵列结构才能获得。对于边射阵而言，最简单的阵列结构是采用等幅、同相电压激励，然而，如果需要在垂直面实现波束倾斜，就必须调整每个单元的相位。这一节主要介绍了日本目前用于蜂窝基站的一些基本天线，一些实际应用的双频段天线和用于IMT－2000系统（处于引入阶段）的三频段天线单元。三频段天线能工作在三个频段，分别为900MHz、1.5GHz和2GHz。同时，这一节也讨论了馈电网络电路、可变移相器的设计和应用以及无源交调问题。
蜂窝系统中基站天线最常采用的天线形式是印制振子天线，此类半波振子天线在驻波比（VSWR, voltage standing wave ratio）小于2.0时有大于15％的频带宽度。通过在天线的下方加反射板的办法可以把振子天线的H面全向方向图压制成一个扇区波瓣形状。在垂直面内组阵时，天线的馈电网络由微带线组成。由于馈电网络的微带线是非平衡结构，而天线需要平衡馈电，因而在微带线和天线之间应引入一个非平衡－平衡变换装置（巴伦）。天线为了适合批量生产，平衡巴伦
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电子科技大学学士学位论文
与天线振子采用一体化设计技术。
印制振子天线安装在一块反射板上可以在水平面方向形成一个扇区波瓣。反射板的形状主要用来调整水平面波瓣宽度。在日本的个人数字蜂窝系统（PDC）中，天线的水平面半功率波瓣宽度为120°或90°。60°波瓣宽度的天线用于IMT－2000。宽的频带不只是对输入阻抗特性而言，同时要求水平面的方向图也要有好的宽带性能，附加于印制振子天线上的寄生单元可使水平面的辐射方向图在频带内保持一致，其结构见图11.3[2]。
如果要求更窄的波瓣宽度，可以采用两个天线单元组合的方式。微带天线的半功率波瓣宽度小于90°。微带天线的缺点是它的频带窄。对一个微带天线而言，如果基板的厚度在0.8mm～3.2mm之间，其带宽约为2％～3％，而在蜂窝系统中用于分集接收的天线要求具有8％～13％的带宽。为了展宽微带天线的频带，可以采取在辐射单元上方加寄生单元的方法，如图11.4所示。
蜂窝系统中主要采用垂直极化，然而水平极化和±45°斜极化常用于极化分集系统。一种印制双振子天线既用于垂直极化分集系统又用于水平极化分集系统。图11.5所示是一种用于斜极化分集系统的交叉缝耦合印制天线。
全向天线用于用户相对较少的市郊。要求增益较低时，天线采用套筒振子形式；要求增益较高时，天线采用共线阵列形式。设计阵列时，从结构简单化的角度考虑，单元可以采用这样一种形式：对于全向天线，在基板上蚀刻一条一个波长的槽，示意图见图11.6[3]。为了获得宽频带特性，可以把单元嵌入一个导体圆柱面中，这时候，导体圆柱面起着寄生单元的作用。[3] 1.2.3 板状天线的发展
板状天线是由微带天线发展而来，微带天线是在带有导体接地板的介质基片 上刻蚀成的导体薄片而形成的天线，是当今较为流行的一种天线形式。矩形微带贴片是微带贴片天线中最基本的单元。为了得到合适的发射功率、极化形式以及其他能够在整个频带内满足要求的属性，其形状、质量、馈源的位置以及平坦辐射单元的介质基片都会被优化。最常用的贴片天线形状是矩形和圆形，而最常用的馈电形式有边缘馈电、同轴馈电、强偶合以及开缝和口径偶合。早在1953年德尚教授就已提出利用微带线的辐射来制成徽带微波天线的概念。但是在随后的近20年里，对此只有一些零星的研究.直到1972年，由于微波集成技术的发展，和空间技术对低剖面天线的迫切需求，芒森和豪威尔等研究者制成了第一批实用微
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第1章 引言
带天线.随之，国际上展开了对微带天线的广泛的研究和应用.1979年在美国新墨西哥州大学举行了微带天专题会议，1981年IEEE天线与传播会刊在1月号上刊载了微带天线专辑。微带天线已成为天线领域中的一个专门分支。从此以后微带天线引起了广泛的重视与研究，各种形状的微带天线已在卫星通信、多普勒雷达及其他雷达导弹遥测技术以及生物工程等领域得到了广泛的应用。与普通天线相比，微带天线具有如下优点:剖面薄，体积小，重量轻;具有平面结构，并可制成与导弹、卫星等载体表面共形的结构;馈电网络可与天线结构一起制成，适合于用印刷电路技术大批生产;能与有源器件和电路集成为单一的模件;便于实现圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作。微带天线的主要缺点是:频带窄;有导体和介质损耗，并且会激励表面波，导致辐射效率降低;功率容量较小，一般用于中、小功率场合;性能受基片材料影响大.通常，一个典型的微带天线的频带只有百分之几。为了拓宽微带天线的频带，已经提出了一些具有实际意义的方法。如使用U型开槽贴片和厚基板.通过使用探针馈电的U型开槽贴片，可以使得天线的典型带宽达到30%。另外一种方法就是使用Pozar在1985年提出的祸合技术，这种方法的缺点就是有相对较高的后瓣.使用这种方法进行馈电的单层贴片具有22%的典型带宽，双层贴片具有37%的典型带宽.Pozar和Kajfnaln在1987年提出了临近祸合技术以减小后瓣。这种技术是通过在馈电线上增加一个匹配电阻棒实现的，使用这种技术，可以达到13%的典型带宽:若使用带固体功率放大器的有源微带子阵来组阵，可获得相当大的总辐射功率。最近，通过使用L型探针来扩展频带的新方法引起了各方的广泛注意。因为通过使用同轴电缆对L型探针进行馈电的贴片天线，不仅具有微带天线的优点，可使带宽达到18.5%。双层贴片能使带宽达到30%，但是多层天线的几何尺寸天线的技术可使带宽达到35%.这就是微带天线所用的探针贴片技术。习惯上把这种天线称为板状天线。[4] 近年来，国外也已有学者对基站天线中的反射板问题作过研究。Ebine[5]分析了多种反射板的形状，得到了单频基站天线最佳的反射板尺寸，Olver[6]等也对角反射器形状进行了研究，但这都是在单个振子辐射的情况下得到的。
1.3 工作任务
设计一付用于移动通信基站的天线，达到如下指标： 1、.垂直极化，水平波瓣宽度为120° 2.、频率935MHz～960MHz。VSWR﹤2
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3、.增益﹥10dBi
并完成天线的机械加工图，总结波瓣宽度变化的设计规律。
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