1. 研究目的与意义
作为实现移动通信网络覆盖的核心设备，基站天线是移动通信系统的重要组成部分。随着3G/4G的快速发展，移动通信网络对基站天线的性能提出了更高的要求。基站天线正朝着宽带化、多频带、小型化的趋势发展。而具有体积小、重量轻、易于加工和集成特点的微带天线和印刷偶极子天线则成为了基站天线设计的首选。但是，这类天线往往具有窄带特性。在传统的设计方法下，物理尺寸的减小必将大大降低天线性能。因此，研制具有宽频带、小尺寸、低剖面的基站天线成为了当前的主要课题。
2. 国内外研究现状分析
基站天线作为移动通信的关键部件，迎来了飞速的发展同时面临着越来越高的性能指标要求。887年，德国卡尔斯鲁厄工学院的赫兹教授证实了电磁波的存在，并建立了第一个天线系统。随着20世纪初电子管的发明和发展，这一时期开头利用长波进行通信，随后发展到中波通信，并因电离层的发现，1924年前后开始了短波通信和远程广播。这一时期也建立了线天线的基本理论。A.E.肯内利和O.亥维赛发现了电离层的存在和它对短波的反射作用，从而开辟了短波波段和中波段波段领域。20世纪30年代初至50年代末建立了口径天线和基本理论，如几何光学、口径场法等，发明了天线测试技术，开发了天线阵的综合技术。1957年，美国制成了用于精密跟踪雷达AN／FPS-16的单脉冲天线。1972年制成了第一批实用微带天线，并作为火箭和导弹的共形天线开始了应用。1957年Rumsey提出频率无关天线的概念。美国伊利诺斯大学R.Mittra等人最早将遗传算法应用到加载线天线。S.D.Rogers博士较早地对采用加载法向模螺旋天线来实现天线的小型化和宽带化。2013年电子科技大学硕士李冰从实际出发，展开了对宽带小型化基站天线的研究。文中主要工作是针对LTE宽带微基站、3G频段双频双极化微基站和基于IMT-Advanced系统的宽带宽波束宏基站这三种应用需求，提出各自的小型化设计方案，并进行了相关的实验验证。首先，本文介绍了基站天线的发展现状和宽带基站天线小型化的研究意义，并给出了三种应用需求的天线性能指标参数。 其次，本文简要介绍了基站天线的基本理论，介绍了波束下倾、波束赋形的基本概念，以及基站阵列天线中的互耦抑制手段。 第三，针对LTE宽带微基站的需求，设计了一种低剖面、小尺寸的宽带双极化微带天线单元，并进一步优化设计出了一个24微带平面阵。针对面阵中馈电网络的电磁屏蔽措施和阵元间抑制互耦手段进行了详细阐述。实物加工测试评估了天线的性能，且实验结果表明该天线完全可以用于LTE微基站天线。 第四，针对3G频段双频双极化微基站设计了一种低剖面、小尺寸的22微带天线阵列，通过仿真验证了该设计方案的可行性。 最后，针对IMT-Advanced系统对宏基站天线的需求，提出了一种宽带宽波束双极化印刷偶极子设计方案，该天线单元具备能够与馈电网络高度集成的特点。采用该偶极子单元设计并加工出了一个小型化的410平面阵。为实现波束下倾和副瓣抑制，设计和优化了一个适用于该阵列的宽带不等分功分网络。。2013年，华南理工大学硕士肖勇才对天线辐射单元的辐射原理及阵列天线的工作原理进行了分析，重点阐述了阵列天线波束赋形的作用和方法。然后，本文提出了几种宽带小型化基站天线的实现方案，包括：传统环形振子辐射单元方案、贴片天线辐射单元方案、缝隙馈电微带天线辐射单元方案，但这些方案不能满足性能和尺寸上的双重要求。进而设计了一种创新型的低剖面对称振子辐射单元，该辐射单元的高度只有工作中心频率的八分之一波长，为传统辐射单元高度的一半，在1710MHz-2170MHz的频带范围内，驻波比小于1.5，双极化端口隔离度小于-30dB。利用该辐射单元组成10单元阵列，通过优化反射底板和天线罩等边界条件，采用一种缺口式的长城翻边，天线的水平面辐射方向图也达到通信行业标准。紧接着，又设计了匹配的馈电网络，通过优化馈电网络的电缆长度对天线的垂直面波束赋形，使天线在内的副瓣电平抑制低于-18dB。最后，利用该低剖面对称振子辐射单元实现的宽带小型化基站天线的横截面尺寸不大于125mm*45mm，相比于同频率的传统天线尺寸140mm*70mm，该天线体积缩小至少40%。 这就使得在不降低天线原有性能的基础上实现宽带小型化变得尤为困难。2015年兰州理工大学硕士张丰臣LTE小型化多频基站天线的设计与制作文中表明新型嵌入式内置电调方案应用到小型化基站天线中，使得在前期网络布局和后期网络优化中省时省力，便捷高效。具有较高的创新意义、巨大的实用价值和广阔的市场前景。
2014年西安电子科技大学硕士易浩进行宽带小型化双极化基站天线单元研究，本文首先调研了双极化基站天线单元的现有形式,总结其发展趋势和设计要求;接着介绍了极化分集的基本理论以及双极化的定义和测量,简要给出了双极化基站天线单元的主要电性能参数,最后重点介绍了三种基本单元的基础理论、馈电技巧以及双极化辐射原理。
3. 研究的基本内容与计划
1.准备工作：阅读相关资料，了解研究课题的相关基础知识（2018.2.8-2018.3.4）；
2.分析研究阶段：进行仿真研究，结合自己所掌握的知识，对比国内外相关研究，提出自己的方案和想法（2018.3.5-2018.4.30）；
3.撰写毕业论文阶段；根据笔记和手稿整理并撰写论文（2018.5.1-2018.5.22）；
4. 研究创新点
借助于并改进传统的基站天线设计方法，利用仿真软件HFSS进行仿真研究，实现基站天线更加宽带化、多频带、小型化，研制出在天线在实现体积小型化,工作频率带宽更宽的同时具有高性能的基站天线.
