高效率LTE小蜂窝基站天线设计

图1：由Pulse公司搭建和测试的最初原型，用于在仿真工作开始之前收集基础数据。

Pulse公司最先面临的设计挑战之一是如何将馈电结构集成进受限的空间中。一开始选择了孔径耦合结构，因为这种结构由于正交端口激励谐振模式而具有传统良好的端口至端口隔离特性。然而，由于880-960MHz的低工作频率，对称制作的馈电孔径物理尺寸似乎太大了(超出了受限空间要求)。因此提出了不对称的配置：端口1的馈电孔径采用最优长度，端口2的馈电孔径较短，但仍通过加宽孔径末端的臂调谐到工作频率(图2)。

图2：端口1和端口2的不对称馈电孔径配置。

值得注意的是，这种馈电结构的传统设计优化是一个反复的过程，在这个过程中需要通过“尝试-错误-纠正”的方法搭建、测量和优化多个原型。替代方法依赖于虚拟原型，即使用仿真(综合和分析)软件。通过仿真可以简单地增加LC匹配电路就能完成端口2的匹配，原始天线和馈电单元设计一点不受影响，也不发生任何改变。可以这么说，这种方法可以节省许多设计时间。

天线仿真

天线本身是在Microwave Office中用AWR公司的Analyst 3D电磁(EM)仿真器进行仿真的，目标带宽是880-960MHz。针对这个设计，使用完整3D电磁仿真器是有必要的，因为馈线是由窄印刷电路板(PCB)基板支撑的，这种电路板具有很有限的电介质，必须考虑边缘耦合效应。

最初结果(图3)表明，虽然端口1天生就匹配得很好，但端口2需要一个匹配电路来调谐。端口之间的隔离非常好，在-40dB范围(图4)。

图3：初始天线设计中端口1和端口2的反射损耗。

图4：初始天线设计中端口1和端口2之间的隔离性能。