富水裂隙地层中倾斜巷道的失效机制及综合防治措施：以某案例研究为例

《Ain Shams Engineering Journal》：Failure mechanism and comprehensive countermeasures of the inclined shaft in water-rich fractured strata: A case study

提出一种新型不对称双频段LFB天线，用于三频段基站阵列，通过滤波条和扼流圈实现电磁透明，抑制中高频段干扰，并通过原型验证其性能稳定。

　　

杨玲玲|陈文毅|杨文文|陈建新

中国南通市启东市南通大学行林学院

摘要

本文提出了一种新型的非对称双频段电磁透明低频带（LFB：690–960 MHz）天线，适用于三频段基站阵列。通过在LFB辐射器上加载滤波条和扼流圈，在高频段产生空间带通响应。得益于两种混合结构，该天线在1710–2170 MHz（MFB，中间频段）和3400–3600 MHz（HFB，高频段）实现了电磁透明性。为了验证这一设计，开发并测量了一个非对称三频段共享孔径天线的原型。测量结果表明，LFB天线对较高频段元件的工作性能没有显著影响，说明所提出的LFB偶极子能够有效抑制MFB和HFB元件的散射。此外，不同设计的偶极子臂不会影响非对称LFB的天线性能。因此，该设计适用于共享孔径阵列，特别是5G三频段融合基站阵列。

引言

为了满足现代蜂窝网络系统的快速发展，越来越多的频段被投入使用。为了降低建设成本并充分利用有限的场地资源，迫切需要将5G和2G/3G/4G天线集成到多频段基站天线阵列中。在同一随机环境中共存的不同网络对紧凑型天线阵列提出了更高的要求。

共享孔径多天线阵列可以有效减小天线阵列的尺寸。共享孔径阵列布局可以分为三种方式：首先，嵌入式方案充分利用LFB（低频段）天线中的空隙来容纳HFB（高频段）天线[1]，[2]，但这会对LFB天线的结构造成严重限制；其次，LFB和HFB天线采用垂直堆叠结构，会导致阵列轮廓增加[3]，[4]，[5]；第三，交错式方案因其紧凑的轮廓和灵活的组合而受到广泛关注和研究。然而，这种配置会导致HFB天线的辐射模式严重失真，因为LFB天线阻挡了其辐射路径。为了最小化LFB天线对HFB天线的散射干扰，人们提出了多种跨频段解耦方法，例如在偶极子臂上刻蚀分裂槽谐振器[6]，[7]；在LFB偶极子上安装扼流圈以减少散射[8]，[9]；在[10]，[11]中，使用铁氧体芯来抑制不同频段元件之间的耦合干扰。然而，如图1所示，上述大多数共享孔径天线阵列都是基于双频段基站阵列的，无法满足2G/3G/4G和5G融合基站阵列的需求[12]。为了在阵列中容纳更多天线，提出了三频段天线阵列[13]，[14]，[15]，[16]，[17]，[18]，[19]，[20]。在[13]和[14]中，采用频率选择表面（FSS）在垂直堆叠方案中实现三频段共享孔径设计，从而获得了优异的天线阵列性能。不过，这种方案不可避免地增加了天线的高度。为了实现极低的轮廓，设计了交错式三频段共享孔径天线阵列[16]，[17]。尽管如此，天线性能（如带宽和半功率波束宽度HPBW的稳定性）仍有进一步提升的空间。

本文提出了一种非对称偶极子LFB天线，该天线能够在MFB和HFB频段实现电磁透明性。LFB元件的频率范围设计为690 MHz至960 MHz。通过加载两种不同类型的混合结构，MFB和HFB天线可以在不受LFB天线影响的情况下正常工作。所提出的LFB天线性能稳定、可靠，且工艺简单，无需额外结构。所提出的三频段共享孔径天线设计的新颖性总结如下：

1)

本文首次提出了一种基于滤波条和扼流圈的非对称交错式方案。得益于混合结构，该设计实现了任意频段的电磁透明性，显著提高了设计灵活性。

2)

非对称LFB天线结构能够实现稳定的辐射性能。众所周知，非对称天线结构通常会降低辐射模式的对称性并扭曲远场特性。在本设计中，根据LFB的电流分布分析，巧妙地在两侧对称布置了混合结构，使得非对称LFB能够在多个频段实现电磁透明性，同时保持稳定的辐射性能。

天线设计

所提出的非对称三频段天线的配置如图2所示。如图2(a)所示，LFB天线位于地面的中心轴上，MFB阵列[21]包含2个元件，HFB阵列[22]包含4个元件，分别位于LFB天线的两侧。MFB元件之间的距离为135 mm（约0.87λ₁，λ₁为MFB中心频率处的真空波长），HFB元件之间的距离为70 mm（约0.8λ₂，λ₂为...

结果

所提出的三频段非对称阵列已制造并进行了测量，如图10(a)所示。图10(b)展示了端口位置。图11展示了非对称LFB偶极子的性能，包括仿真和测量结果。端口1和2在690至960 MHz范围内的带宽覆盖率为?10 dB，端口1与端口2之间的隔离度超过20 dB。图11(b)还显示，测试得到的增益平均值为8.2 dBi，半功率波束宽度HPBW在60°至70°范围内。

结论

本文提出了一种适用于三频段5G融合基站的非对称偶极子天线，该天线覆盖两个不同的电磁透明频段。在LFB辐射器的左右两侧采用了混合结构，以减少其对MFB/HFB辐射的散射影响。此外，LFB天线的性能不受不同结构偶极子臂的影响。最后，成功制造出了非对称三频段共享孔径天线。

作者贡献声明

杨玲玲：研究工作。陈文毅：数据整理。杨文文：方法论设计。陈建新：方法论设计。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

本研究得到了南通市基础科学研究计划（项目编号：JC2023021）的支持，部分资金来自江苏省青蓝项目，以及全国大学生创新创业培训计划项目（项目编号：202513993002）的支持。