宽频双极化基站天线辐射单元及天线阵列设计研究

宽频双极化基站天线辐射单元及天线阵列设计研究

陈晶晶

安弗施无线射频系统（上海) 有限公司   200000

摘要：随着我国科学技术的不断进步，我国使用移动通信的用户越来越多，无线通信技术也因此得到了飞速的发展。基站天线作为发射和接收信号的中间组件，其发展也至关重要。我国目前最常用的基站天线就是宽频双极化基站天线，在宽频双极化基站天线中，辐射单元是其基本的组成部分，它与天线阵列的设计关系着基站的性能。本文先概括了宽频双极化基站天线概述和宽频双极化基站天线的辐射单元及阵列设计的重要性，并从多方面阐述了优化的策略。希望本文能提供一定参考价值。

关键词：宽频双极化；基站天线；辐射单元；天线阵列设计

引言：移动通信技术的飞速发展，带动了通信频段带宽的不断拓展。而随着新时代的到来，我国对于移动通信系统天线方面的设计提出了更高的技术要求，也就是要不断提升天线设计的水平，从而有效提高宽频双极化基站天线的基础性能。从而有效解决在传输讯号中存在的问题，使其能够覆盖多个通信频段，提高信息交流的完整性与迅速性。这也有利于提高移动通信行业的发展速度，为其发展注入新的活力。同时，也可以促进我国计算机与通信技术的融合，实现统一通信的目标。

1.宽频双极化基站天线概述

宽频带双极化基站天线属于一种新型的互联网接口设备，同时也是无线电台站的一种形式。其功能就是在一定的无线电覆盖区域内，通过移动信息来交换数据，实现无线电信号的发送与接收。这种天线的要求很高，不仅要能够满足电性能指标的相关要求，还需要适应相关平台的布局要求。包括天线的网络尺寸与结构特性等，都有严格的规定。现有的基站当中，会为了根据话务量的变化调整信号的接收范围而调试天线的角度。需要通过对天线角度的调整来增强移动网络的质量，以便于确保整个网络运行的质量，实现对通信质量的进一步优化。宽频带双极化基站天线的出现，刚好解决了这一问题，能够通过对自身组件的优化提高通信质量。因此，这种天线受到了越来越多人的关注，未来会具有更广阔的发展前景。

2.宽频双极化基站天线的辐射单元及阵列设计的重要性

随着移动通信技术发展的越来越迅速，基站天线作为移动通信系统中的重要组成部分，其优化也十分关键。尤其对于宽频双极化基站天线来说，属于一种新型的先进设备。宽频双极化基站天线的辐射单元及阵列的设计会对天线的性能造成十分重大的影响，决定了天线的价值，对其发展具有十分重大的现实意义。尤其目前5G技术的开发，已经成为了通信行业的一大热门话题。想要实现这一技术的使用，还需依靠宽频双极化基站天线的价值，挖掘出这一天线的潜力。据相关数据调查显示，目前国内外都在进行基站天线的技术革新。就是为了解决目前在通讯过程中存在的弊端，发挥出天线的真正优势。这项技术的变革，对于基站天线的工程师来说，是一项巨大的挑战，同时也是迎合新时代发展的必然选择。未来基站天线一定会拥有更多样的形式，发挥出更大的作用[1]。

3.宽频双极化基站天线辐射单元及阵列设计的优化策略

3.1优化辐射单元及阵列设计的结构

由于不同的辐射单元具有不同的结构，所以就可以进行不同方式的结构优化。通过对其天线阵列的设计，从而提高辐射单元的性能。大部分的辐射单元整体结构都比较紧凑，这就会从一定程度上降低辐射单元的互耦影响。此时，想要对其结构进行优化，就应在设计时，将辐射单元嵌入到双频的天线阵列中，并采用上宽下窄的设计方式。由于大部分的辐射单元底部都是一个圆环形的底座，与四对八轮相连接。这就说明其底座上四个螺钉孔的重要性，需要通过这四个螺钉孔将辐射单元控固定在金属反射板上，这样也能够提升辐射单元的稳定性，不容易出现零散或倾倒的现象。为了确保辐射单元的正确使用，在进行天线阵列设计时，还应做好相应的标识。可以采用不同颜色进行标记，这样也方便后期使用。还应对辐射单元中两种塑料紧固件，进行加载，以便于提高辐射单元整体结构的稳定性。与此同时，想要加强辐射单元的定向辐射性，也可以通过在其背部加装金属反射板来完成，只需要在反射板内穿过电缆即可。

3.2改变基站天线的排列方式

在传统的基站天线排列当中，一般都会采用直线阵的方式。将工作频率相同的辐射单元等距离的进行排列，这样虽然能够增强阵列的增益与定向性，但是会影响到其覆盖范围。如果能够改变这种排列方式，采用并排式或嵌套式的排列方式，就能将两个工作频率不同的子阵列排列在一个天线当中。这种排列方式的改变，就能够增强天线的长度。嵌套式排列方式则是目前我国比较理想的一种排列方式，因为并排式的排列方式会增加传输线的能量损耗，从而增加天线整体的成本。如果采用嵌套式的排列方式，就能够在降低天线尺寸的同时，优化排列结构，使其成为一种中空式的结构。还能将低频单元中的间距变为高频单元中的两倍，增加天线低频工作频段的范围。在排列的过程当中，建议采用五个低频单元和十个高频单元排列的方式[2]。这样也能有效提高基站传输信号的准确性，还能起到一定的控制成本的作用。还应注意其覆盖的方式，最好采用极密城区三扇区覆盖。这样也能够避免林区之间发生干扰，从而产生波动。

3.3分析基站天线的基本特性与参数

由于不同的基站天线所展现的性能存在差异，所以在实际的辐射单元及天线阵列的设计过程当中，需要以基站天线的基本特性与参数为理论依据。在进行分析的过程当中，主要需要从以下两方面参数进行：一方面是在天线的电特性方面，需要了解到，天线的电压驻波比及回波损耗，从而清楚天线是否处于理想的匹配状态。这样才能有效的提高天线的效率，还能在相关设备出现异常时及时停止工作。另一方面则是在天线的辐射特性，通过对天线方向图、增益、波束宽度、交叉极化比、前后比、副瓣抑制和零点填充这七个方面来了解。在实际的分析过程当中，一定要结合他们不同的计算方式进行计算，从而得到准确的分析数据。例如，在计算增益时，就要结合天线的功率密度进行计算，最终的结果就是天线的一个重要指标。同时也要清楚对这七个方面分析的目的，了解他们具体的功能。例如，零点填充的功能主要是为了使得信号覆盖更加均匀，避免在传输信号的过程中出现盲区。

3.4明确基站的创新点

想要对宽频双极化基站天线辐射元件及阵列设计进行优化，还需要明确基站的创新点。主要的创新点有以下三点：一是要实现宽频带天线波束的收敛性，就是要在减小天线使用长度的同时，对天线的组成方式与边界参数进行细致的研究。二是要确保其覆盖效果，通过对其水平面，波束倾斜等方面的控制，并以对称振子理论为依据，设计不对称的宽频带双极化辐射单元。并在设计之后也要加强对其管理力度，避免在实际的运行过程中出现轨迹方面的误差。三是要使用宽频带MIMO天线，这种天线是经过单列均匀，宽频带天线阵的优化得来的，具备更高的性能。有了以上三点作为创新点，就能对宽频带基站天线各方面进行优化。具体的创新举措还需要结合目前新市场对通信方面的要求，因为创新点会随着城市功能区的不断变化而变化。而且不能够将创新点直接应用到实际的设计当中，要根据创新点设计出相关的设计方案，确保方案的科学性与可行性后，才能真正进行设计。想要了解方案是否真的可行，还需要进行不断的测试与论证[3]。

结论：综上所述，宽频双极化基站天线的使用，能够更好地满足新时代对通信的要求。在如今建筑数量越来越多的情况下，也能使得通信的电磁波在其中正常传播。传统的单极化天线已经无法满足现代通信的需求，因此，宽频双极化基站天线阵列的设计属于目前设计的核心任务。通过对设计方面的开发，能够为我国国民带来更好的通信体验。宽频双极化基站天线会成为未来通信发展的必然趋势，逐渐会成为我国目前通信市场的主流产品，具有十分高的市场价值和发展前景。

参考文献：

[1]王强,王伟,陆国标,许北明,张鑫桢. 一种小型化宽频基站天线设计[J]. 电子制作,2021,(13):41-44.

[2]廖晨阳. 应用于5G通信的宽带双极化基站天线研究与设计[D].重庆邮电大学,2021.

[3]缪薛陈,孙闻剑,甘芷霞,张申林. 面向基站天线的宽频双极化偶极子天线设计[A]. 中国电子学会.2021年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C].中国电子学会:中国电子学会微波分会,2021:259-261.