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5G移动通信网络正在逐渐拓展商用,其基站天线将与现有2G/3G/4G系统(至少是4G系统)长期共建共享共存,站址资源匮乏和容量不断增长的矛盾日益尖锐。为提升系统容量,2G/3G/4G基站天线裂变为双波束应用;5G则单独采用大规模阵列天线应用。为了在兼顾系统的复杂性和成本实用性的前提下,提升系统容量并融合多系统成为一副天线,超宽频的双波束天线成为了应用首选。根据这一应用前景,本文选择可以涵盖2G/3G/4G/5G多系统超宽频带(1695MHz-2690MHz)的双波束基站天线作为研究课题,以适应大容量的共建共享的需求,并缓解多天线系统分离建站导致的站址资源匮乏难题。针对上述需求,本文拟研究超宽带难题下的定向耦合器,以及由此扩展设计出的双波束Butler矩阵馈电网络,并由该网络实现双波束基站天线,具体内容包括:首先,为了突破和扩展Butler矩阵馈电网络的带宽,本文创造性地设计了一种微带型宽带三分支定向耦合器,它相对于传统的四分支、五分支定向耦合器具有更好的输出信号幅度和相位平坦度,由此获得更宽的频带特性。进一步将该宽带3d B电桥(定向耦合器)的直通端和耦合端各级联一个不等分180°定向耦合器,得到了一个宽带的2×4Butler型矩阵网络。与传统的2×4 Butler矩阵网络相比,本文的矩阵网络结构免除了交叉结以及威尔金森功分器,从而有利于电路的宽带化、集成化。接着,本文对工作频段为1695MHz-2690MHz(适用于2G、3G、4G、5G频段)的双波波束基站天线进行了研究设计。内容包括:1)研究分析双波束基站天线阵列的组阵形式:通过理论计算和仿真对比确定了水平面和垂直面的组阵参数,由此组成一个4x10规模的天线阵列,并进一步优化了组阵形式,获得了更好的辐射性能;2)优选上述宽带2×4 Butler矩阵网络,该网络可使天线在水平面辐射出两个按需指向的子波束;3)为实现双波束基站天线的垂直面波束赋形,设计了一种一分十功分网络,使天线的垂直面方向图实现了预置的下倾角,同时保持较低的副瓣水平。最后,制作了天线样机,实测指标与仿真结果吻合,达到了设计要求,由此定型的产品进入了工程实际应用。