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一种双极化多波束基站天线探究文章对双极化的水平面多波束基站天线进行研究，提出了一种新型的双极化宽波束复合辐射单元，并给出这种天线的仿真参数图，仿真结果表明，利用这种辐射单元在水平面组阵，可实现水平面宽角范围内的多波束双极化基站天线。 1 引言 在移动通信系统中，智能天线以其在抗衰落、抗干扰和提高系统容量方面的巨大优势得到广泛关注。智能天线一般分为两大类：多波束智能天线与自适应智能天线。其中多波束天线可以通过频率复用成倍地提高系统容量，而且由于使用窄波束而具有很高的增益。阵列天线在构成多波束时，由于阵中单元波瓣的影响，会导致天线波束增益在不同角度上存在一定的下降，阵中单元波束越窄，增益下降越明显。因此迫切需要一种阵中波束宽度很宽的双极化辐射单元。 以往的研究中，宽波束天线多针对相控阵系统设计为圆极化或单极化。很少有针对于移动通信系统的双极化宽波束基站天线单元的研究。随着智能天线的应用和发展，越来越多的学者对宽波束天线进行了有益的研究。文献[1]中从理论上分析了复合辐射单元的远场辐射特性；文献[2]利用寄生单元提高波束宽度的方法，产生了一种非阵列方向上的宽波束双极化天线，但是在其阵列方向上，相邻振子之间的寄生单元互相影响，加上反射板的变长，使得阵中单元很难在阵列方向上形成稳定的宽波束；文献[3]用矩量法对伞状半波振子的辐射特性进行了研究，其组成的阵列具有宽角扫描的特性，但为单极化的。在此基础上，本文设计了一种新型的双极化宽波束复合辐射单元，利用其组阵后，通过基于有限元法的专业电磁仿真软件HFSS11对天线特性进行了仿真，在800MHz到960MHz的带宽内，其阵中单元的水平面波束宽度达到120o±5o。用此阵列在水平±45o和±15o产生一个四波束方向图，产生的多波束增益稳定，浮动小于0.5dB，且同比单元宽波束，每个子波束都有3dB左右的增益收益。 2 复合辐射单元结构 本文提出一种新型的双极化宽波束复合辐射单元，复合辐射单元由两组极化正交的下倾式U型振子和垂直于底板的翻边组成。根据文献，调节振子臂的下倾角度和振子臂的高度，可以调整主瓣波束宽度。但是，普通的振子在宽带范围内的波束宽度不稳定。这里采用底板翻边作为寄生单元，相邻辐射单元之间在阵列方向共用寄生单元，解决了文献中寄生单元互相影响的问题。文献中证明，寄生单元具有增加波束宽度的作用，但有窄带效应，而通过调整寄生单元的高度和宽度调整寄生单元的谐振频率至此辐射单元波束较窄的频率范围附近，恰好可以解决宽带范围内的波束稳定性问题。因为调整振子臂的尺寸，即可实现宽度范围内的匹配，这里的振子采用同轴线直接馈电的方式，巴伦起支撑作用，整个振子结构简单，加工方便，有很大的工程实用价值。 在GSM频段下，对天线进行仿真和优化。 3 多波束理论分析 根据阵列天线理论，阵列天线的方向图满足如下公式： （1） 其F中表示单元方向图，θm表示阵列方向图的第m子波束的指向角，k表示相位常数，表示第i个天线单元的加权因子，N表示天线单元数，dy表示单元之间的间距。 对应每个子波束指向，可以算出产生这个波束每个天线单元的加权因子，然后利用天线理论中的叠加原理，将形成m个子波束时每个天线单元上的对应加权因子相加，即为产生所需多波束方向图的加权因子。 （2） 4 阵列设计及仿真结果分析 利用上述复合辐射单元，本文设计了一个水平面的八元阵列，如图4，在设计过程中，相邻辐射单元在阵列方向共用寄生单元，这也可以增加振子之间的隔离度。天线单元间距可以改变子波束的宽度，可根据需要的子波束宽度决定，但考虑到抑制栅瓣的作用，一般间距取0.5λ。在设计中没有考虑垂直面的要求，只是为了改善交叉极化和前后比，对底板两侧进行了翻边。实际应用中可以根据垂直面的波束宽度要求进行垂直面组阵和确定垂直面单元间距。最后，这里底板选用0.5λ×0.5λ（λ=340mm），底板两侧翻边的高度取为和矩形片寄生单元高度一样。仿真显示，阵中单元在800MHz、880MHz、960MHz三个频点上的水平面辐射方向图如图5，其水平面3dB宽度在之内，交叉极化小于—20dB，满足了阵中单元水平面宽波束的需要，且方向图很稳定，满足移动通信的应用需求。 由于其在整个带宽内的单元方向图波束很稳定，我们以中频仿真结果为例，图6显示了单元宽波束的增益和形成多波束后的增益对比图。对比发现，水平面四波束增益稳定，浮动小于0.5dB且比单元宽波束有3dB左右的增益。说明这种双极化宽波束阵列天线可以很好地用于移动通信中的水平面多波束赋型。 5 结论 本文设计了一种复合辐射单元，利用其组阵，实现水平面宽角范围内的多波束双极化基站天线。仿真结果表明，这种新型辐射单元在宽带范围内的阵中水平面3dB波束宽度达到，满