天线技术论文篇（1）

一、前言

随着蜂窝移动用户的不断增长，如何解决频谱资源紧张、抑制各种干扰、提高通信服务质量成为一个亟待解决的问题。为此，人们提出了一系列的解决方案，例如，在通信密集的地方引入微蜂窝技术、频率跳变技术、高效的编码技术以及进行功率控制等。而智能天线为这一切问题的解决提供了一条新思路。智能天线能够成倍地提高通信系统的容量，有效地抑制复杂电磁环境下的各种干扰，并且还能与各种通信系统和其他多址方式兼容，从而以较小的代价获取较大的性能提高。目前，国内外有许多大学和公司致力于智能天线的研究。欧洲电信委员会(ETSI)明确提出智能天线是第三代移动通信系统必不可少的关键技术之一，并制定了相应的开发计划。

二、智能天线的基本概念

智能天线综合了自适应天线和阵列天线的优点，以自适应信号处理算法为基础，并引入了人工智能的处理方法。智能天线不再是一个简单的单元，它已成为一个具有智能的系统。其具体定义为:智能天线以天线阵列为基础，在取得电磁信息之后，使用人工智能的方法进行处理，对电磁环境做出分析、判断，并自动调整本身的工作状态使之达到最佳。依据天线的智能化程度可将天线分成可变波束天线、动态相控阵列和自适应阵列3类。可变波束天线依据接收功率最大原则，在几个预设阵列波束中进行切换；动态相控阵列使用测向算法，能够连续追踪用户的方向而改变天线的波束，使接收功率达到最大；自适应阵列既对用户进行测向，又对各种干扰源进行测向，在形成波束时，不仅使接收功率最大，而且使噪声降到最低，从而使接收信噪比最高。

智能天线的发展可分成3个阶段:第1阶段是应用于上行链路，通过使用智能天线增加基站的接收增益，从而使接收机的灵敏度和接收距离大大增加；第2阶段是将智能天线技术同时应用于下行链路，在智能天线应用于下行链路后，能够控制波束的发射方向，从而有助于频率的复用，提高系统的容量；最后一个阶段是完全的空分多址，此时在一个蜂窝系统中，可以将同一个物理信道分配给不同的用户，例如，在TDMA中，可以将同一小区内同一时隙同一载波同时分配给两个用户。

三、智能天线的组成和关键技术

智能天线主要分为天线阵列、接收通道及数据采集、信息处理3部分。在移动通信系统中，天线阵列通常采用直线阵列和平面阵列两种方式。在确定天线阵列的形式后，天线单元的选择就十分关键。天线单元不仅要达到本身的性能指标，还必须具有单元之间的互耦小、一致性好以及加工方便的特点。目前微带天线使用较多。

接收通道及数据采集部分主要完成信号的高频放大、变频和A/D转换，以形成数字信号。目前，受A/D器件抽样速率的限制，不能直接对高射频信号和微波信号进行采样，必须对信号进行下变频处理，降低采样速率。

信息处理部分是智能天线的核心部分，主要完成超分辨率阵列处理和数字波束形成两方面的功能。进行超分辨率阵列处理的目的是获得空间信号的参数，这些参数主要包括信号的数目、信号的来向、信号的调制方式及射频频率等，其中信号的来向对于实现空分多址和自适应抑制干扰有着重要作用。在众多的超分辨率测向算法中，MUSIC算法及其改进算法一直占据主导地位，它不受天线阵排阵方式的影响，只需经过一维搜索就能实现对信号来向的无偏估计，并且估计的方差接近CRLB。此外，使用ESPRIT算法来解决移动通信中的测向问题也得到了广泛的研究。数字波束形成主要通过调整加权系数来达到增强有用信号和抑制干扰的作用，它需要收敛速度快、精度高的算法支持。根据所需先验知识的不同，目前的波束形成算法主要有3类:以信号来向为先验知识，如LCMV算法；以参考信号为先验知识，包括LMS算法及其改进算法NLMS、RLS等；不需要任何先验知识，如CMA算法。由于移动通信环境复杂，各种算法也有各自的优缺点，因此系统中必须对多种算法取长补短，才能达到最佳效果。

四、智能天线的特点和优势

(1)提高系统容量

在蜂窝系统中，用户的干扰主要来自其他用户，而智能天线将波束零点对准其他用户，从而减少了干扰的影响。由于系统提高了接收信噪比，因此减少了频谱资源的复用距离，从而获得了更大的系统容量。

(2)扩大小区覆盖距离和范围

使用智能天线可以提高用户和基站的功率接收效率，进一步扩大基站的通信距离，减少功率损失，从而延长电池的寿命，减小用户的终端。

(3)减少多径干扰影响

智能天线使用阵列天线，通过利用多个天线单元的接收信息和分集技术，可以将多径衰落和其他多径效应最小化。

(4)降低蜂窝系统的成本

智能天线利用多种技术优化了信号的接收，从而能够显著降低放大器成本和功率损耗，提高系统的可靠性，实现系统的低成本。

(5)提供新服务

智能天线在使用过程中必须对用户进行测向，以确定用户的位置，从而为用户提供基于位置信息的服务，如紧急呼叫等。目前，美国联邦通信委员会已准备实施用户定位服务。

(6)更好的安全性

使用智能天线后，窃听用户的通话将会更加困难，因为此时盗听者必须和用户处于相同的通信方向上。

(7)增强网络管理能力

利用智能天线可以实时检测电磁环境和用户情况，从而为实施更有效的网络管理提供条件。

(8)解决远近效应问题和越区切换问题

智能天线可自适应地调节天线增益，较好地解决了远近效应问题，为移动台的进一步简化提供了条件。在蜂窝系统中，越区切换是根据基站接收的移动台的功率电平来判断的。由于阴影效应和多径衰落的影响常常导致越区转接，增加了网络管理的负荷和用户呼损率。在相邻小区应用的智能天线技术，可以实时地测量和记录移动台的位置和速度，为越区切换提供更可靠的依据。

五、智能天线的技术现状

在分析智能天线理论的同时，国内外一些大学、公司和研究所分别建立了实验平台，将智能天线应用于实践中，并取得了一些成果。

(1)美国

在智能天线技术方面，美国较其他国家更加成熟，已开始投入实际应用中。美国的ArrayComm公司发展了针对GSM标准和日本PHS标准的智能天线系统。该公司已将智能天线应用于基于PHS标准的无线本地环路中，并投入了商业运行。该方案采用可变阵元配置，有12阵元、8阵元环形自适应阵列可供不同的环境选用，现场实验表明，在PHS基站采用智能天线技术可使系统容量增加4倍。

(2)欧洲

欧洲通信委员会在RACE计划中实施了第一阶段的智能天线技术研究，称为TSUNAMI，由德国、英国、丹麦和西班牙共同合作完成。它采用DECT标准，射频频率为1.89GHz，天线由8个微带贴片组成。阵元距离可调、组阵方式可变，有直线型、圆环型和平面型3种形式。数字波束形成的硬件主要包括2片DBF1108芯片，它在软件上分别由MUSIC算法、NLMS、RLS完成测向和求得最佳的加权系数。在典型的市区环境下进行实验表明，该智能天线能有效跟踪的方向分辨率大约为15°，BER优于10-3。

(3)日本

ATR光电通信研究所研制了基于波束空间处理方式的多波束智能天线。天线阵元布局为间距半波长的16阵元平面方阵，射频工作频率为1.545GHz。阵元组件接收信号在A/D变换后，进行快速傅氏变换，形成正交波束后分别采用恒模算法或最大比值合并分集算法，数字信号处理部分由10片FPGA完成。ATR研究人员提出了智能天线的软件天线概念。

(4)其他国家

我国的信威公司也将智能天线应用于TDD方式的WLL系统中。该智能天线采用8阵元的环形自适应阵列，射频工作于1785~1805MHz，采用TDD工作方式，收发间隔为10ms，接收机灵敏度最大可提高9dB。此外，爱立信公司与德国运营商也将智能天线应用于GSM基站上，但该天线的智能化程度不高。韩国、加拿大等国也开展了智能天线方面的研究。

(5)用于卫星移动通信的智能天线

上文主要介绍了基于蜂窝系统的智能天线，另外还有一种用于L卫星移动通信的智能天线。该天线采用了由16个环形微带贴片天线组成的一个4×4的方形平面阵，它的射频频率为1.542GHz，左旋圆极化，中频频率为32kHz，A/D变换器的采样速率和分辨率分别为128kHz和8位。在数字信号处理部分，选用了10个FPGA芯片，其中8个用于16个天线支路的准相干检测和快速傅里叶变换，另外2片则起到波束选择、控制和接口的作用；自适应算法则选择了CMA。系统的外场测试表明，它能产生16个波束来覆盖整个上半空间，并且不需要借助于任何传感器，就能用最高增益的波束来自动捕获和跟踪卫星信号，从而在各种复杂的环境下均能提供比采用其他天线要高得多的通信质量。

六、智能天线面临的挑战和发展方向

天线技术论文篇（2）

2、4G移动通信技术的安全缺陷继解决措施

病毒，一般来说，是有些计算机操作人员恶意制造的一些计算机操作指令，载入在一些人们常用的软件和网页当中传播，破坏计算机的信息安全。病毒对网络通信的破坏是猝不及防的，而且其传播速度很快，在很短的时间内能让成千上万的文件或者程序受到攻击。而且病毒自身繁殖性也很强，一旦遭到病毒侵害的程序就会自身复制，能够像生物病毒一样繁殖下去，对通信安全将造成巨大的危害。黑客，一般都拥有大量的计算机相关的技能，能够轻易侵入别人的电脑或者拿别人的电脑当跳板再入侵其他的电脑来窃取用户信息，或者破坏通信信息安全。黑客非法地对国家政府、军事情报机关的网络、军事指挥系统、公司企业的计算机系统进行窃听、篡改，以达到危害国家安全，破坏社会稳定，致使企业造成损失，这将对用户的通信安全产生巨大的威胁。网络服务器或者浏览器本身存在的安全缺陷，极易被一些恶意软件携带的病毒攻击，而这些病毒经常不容易被发现，最终对通信和信息交换造成破坏。科技不断地发展，我们有信心解决以上提出的安全问题，为了有效地解决，我们在4G移动通信技术研究和开发的过程中一定要严密把控各方面的环节，确保第四代移动通信技术对于用户数据的信息安全。采取增加网络防火墙，使用更加复杂的秘钥等措施，提高系统的抗攻击能力，在不影响数据安全和完整性的前提下，同时提高系统的恢复能力。同时，各国政府也要成立专门的机构，出台相关的法律法规，增加对网络安全管理人员的培养，普及安全知识，同时加大对安全保护措施的投资力度，对危害通信安全和网络安全的不法分子严惩不贷。

天线技术论文篇（3）

姓 名：

学 号：

报告日期：

论文(设计)题目：

智能天线技术的基本原理及其music算法

指导教师：

论文(设计)起止时间：

一、论文(设计)研究背景与意义

智能天线是3g的一项关键技术，作为当今三大主流标准之一的td-scdma(time division-synchronous code division multiple access)是由中国自主提出使用的tdd方式的(时分双工方式)的第三代移动通信系统标准。td-—scdma的核心技术之一就是智能天线技术。在td-—scdma系统中使用智能天线技术，基站可以利用上行信号信息对下行信号进行波束成形，从而降低对其他移动台的干扰，同时提高接收灵敏度，增加覆盖距离和范围，改善整个通信系统的性能。

智能天线是一种多天线系统，它按照某种算法来对准期望信号，使得期望信号得到最大增益，而干扰信号被压制。　智能天线系统的核心在于数字信号处理部分，它根据一定的准则，使天线阵产生定向波束指向移动用户，并自动调整权系数以实现所需的空间滤波。智能天线需要解决以下两个关键问题：辨识信号到达方向doa(directions of arrinal)和数字波束赋形的实现。在对信号doa估计的算法中，作为超分辨空间谱估计技术的music(multiple signal classification)算法是最经典的算法之一。

本文针对3g的需求背景，研究智能天线技术及doa估计算法。随着移动通信用户数迅速增长和人们对通话质量要求的不断提高，要求移动通信网在大容量下仍具有较高的话音质量。经研究发现，智能天线可将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向doa(directions of arrinal)，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。同时，利用各个移动用户间信号空间特征的差异，通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。在不增加系统复杂度的情况下，使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。

其实就是一种多天线系统，它按照某种算法来对准期望信号，使得期望信号得到最大增益，而干扰信号被压制。因此需要知道期望信号到来的方向，即doa。music算法是经典的用来估计波达方向的算法。

二、论文(设计)的主要内容

智能天线是一种安装在基站现场的双向天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向doa(direction of arrinal)，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。

波达方向(doa,direction of arrival)估计是智能天线研究的一个重要方面,无论是上行多用户信号的分离,还是下行选择性发射,对用户信号doa的测定,都成为智能天线实现指向性发射的必要前提。在对信号doa估计的算法中,作为超分辨空间谱估计技术的music(multiple signal classification)算法是最经典的算法之一。本文主要介绍智能天线技术的基本原理，发展历程，技术分类，及智能天线对系统的改进和主要用途。写出均匀线阵的统计模型，研究music算法的基本原理，用matlab仿真实本课题的主要研究内容如下：

(1)介绍智能天线技术的发展历程、研究现状和技术分类;

(2)在均匀线阵的统计模型下研究智能天线技术的基本原理;

(3)重点研究music算法的基本原理，并用matlab仿真软件实现;

(4)分析music算法的估计精度，得出全文结论。

三、论文(设计)的工作方案及进度安排

第一阶段(XX年9月7日-XX年10月11日)查阅有关智能天线技术，music算法和matlab仿真等方面的资料，关注国内、外当前的先进技术和发展前景，积累知识。

第二阶段(10月12日-11月8日)对智能天线的工作原理进行详尽地分析，给出均匀线阵的统计模型，研究music算法的基本原理，学习用matlab实现仿真

第三阶段(11月9日-11月22日)用matlab编写程序，程序调试

第四阶段(11月23日-12月20日)整理资料，结合设计经历撰写论文，备战论文答辩。

四、参考文献

1) 刁鸣，熊良芳，司锡才，超分辨测向天线阵性能的计算机仿真研究，电子学报，XX no.5

2) 何子述，黄振兴，向敬成，修正music算法对相关信号源的doa估计性能，通信学报，XX no.10

3) 张贤达，保铮，通信信号处理，国防工业出版社，XX

4) 刘德树，罗景青，张剑云，空间谱估计及其应用，中国科学技术大学出版社，1997

5) 李旭健，孙绪宝，修正music算法在智能天线中的应用，山东科技大学，266510

6) 陈存柱，浅析自适应智能天线技术的应用，北京师范大学，100875

7) [美]s.m. 凯依 著，黄建国等 译，现代谱估计原理与应用，科学出版社，1994

8)徐明远， matlab仿真在通信与电子工程中的应用 XX

五、指导教师意见

指导教师签字：

年 月 日

天线技术论文篇（4）

A New Technique of Reducing the RCS Microstrip Antenna

ZHENG Junhao,LIU Ying,GONG Shuxi

(National Laboratory of Antennas and Microwave Technology,Xidian University,Xi′an,710071,China)

Abstract：According to the classical theory,for a linearly polarized rectangular microstrip antenna ,the intensity ofits electric field of the fundamental mode is zero along the center line which is parallel to the nonradiatingedge.If chip resistance is loaded along the center line,the RCS will be reduced apparently and the radiation characters keep unchangeable.In this paper,a method by loading the antenna with chip resistance and slots in the ground to reduce the RCS of the antenna is introduced,accompanied with the miniaturization chnique,the RCS of the antenna is obviously reduced,the size of the antenna is smaller than before.Thus,the radition characters and excellent scattering characters are obtained at the same time.

Keywords：microstrip antennas;RCS reduction;loaded with resistance;loaded with slots in the ground;miniaturization

1 引 言

随着微带天线技术的不断发展,阻抗加载、开槽和小型化等技术在微带天线的设计中得到了越来越广泛的应用。这三种技术的引入使得微带天线的外形尺寸辐射特性发生很大变化,它们在实现微带天线的RCS应用中也得到广泛的应用。然而,单纯的利用开槽或阻抗加载技术或小型化技术实现天线隐身的同时,却以牺牲天线的辐射性能为代价,这不是我们所希望的\[1\］。

本文通过引入阻抗加载技术并结合接地板开槽技术和小型化技术,使得微带天线的RCS得以很好减缩,从而很好地兼顾了天线的辐射性能和散射性能。本文同时也探讨了加载不同个数的电阻、加载不同的阻值以及开槽的个数对天线散射特性的影响。在具体的设计时,一般都要折衷处理,通过权衡结构复杂度和设计目标,选择最佳的组合(加载电阻个数、阻值的大小和接地板开槽个数的组合),并最终实现设计。

2 通过阻抗加载、接地板开槽和小型化技术实现天线RCS减缩的机理分析

对于矩形微带天线,其非辐射边长度大约是半个波长,如┩1(a)所示。电场在非辐射边中心处为零,如┩1(b)所示\[2,3\］。从理论上讲,在非辐射边中心线上加载电阻对其工作频率(TM10模)的辐射性能应该没有太大影响。然而,对于其余模式(频率)其非辐射边中心处电压却未必是零,由于电阻的加载,虽然对天线工作主模的辐射性能没有影响,然而对于其余模式,由于沿非辐射边方向中心位置电场不为零,却因电阻的加载使得能量得以吸收,从而达到RCS减缩的目的。

然而对于微带天线的工作模式(工作频带内),由于其电场沿非辐射边中心处为零,加载电阻与否都对辐射(散射)性能没有影响。为了使带内的RCS也得到更好的减缩,我们在阻抗加载基础上进一步在接地板上开槽并结合小型化技术。在微带天线地板上开槽可以改变感应电流路径,进而影响天线的散射特性以达到降低天线RCS的目的。

通过综合运用非辐射边缘中心加载阻抗、接地板开槽和小型化技术,最终完成天线的设计,并使得该天线同时兼顾良好辐射性能和散射性能。

3 仿真结果比较与分析

3.1 通过阻抗加载技术实现天线的RCS减缩

参考天线和加载天线外形尺寸对比如图2所示。

通过比较参考天线和加载天线的辐射性能,我们发现,加载电阻(50 Ω)后的天线带宽和参考天线基本一致,增益也几乎也没有恶化。同时,通过仿真发现,该改阻值为30 Ω,70 Ω等对RCS影响不是太大。

(2) 加载电阻天线和参考天线的散射特性比较,如图4所示。

比较阻抗加载微带天线和参考天线的RCS特性发现,加载电阻后的天线工作频率带外的RCS都得到了很好的减缩,然而也验证了上文的推断：不论加载电阻的个数是多少,天线工作频带内的RCS都基本没有减缩,这一点在图4(b)入射波为θ=60°,φ=45°方向的θ极化波时两天线的RCS比较图中表现的最为明显。要想使天线工作频带内的RCS也得到很好的减缩,单单靠在非辐射边中心线加载电阻是不够的。

3.2 进一步运用地板开槽与小型化技术实现天线的RCS减缩

(1) 参考天线的辐射特性比较,如图5所示。

通过观察图4发现,随着加载电阻个数的增加,微带天线的RCS减缩性能并没有比例增加,只有在入射波为θ=60°,φ=45°方向的θ极化波时加载电阻个数越多,RCS减缩就越好,综合3个方向的RCS特性及实现的复杂度,采用加载3个电阻的方式。同时,通过仿真发现,在加载三电阻的基础上,地板开三槽和开五槽的RCS减缩效果差不多,但是开五槽的天线增益要损失的更多一些,综合考虑,采用加载3电阻、地板开3槽的设计方案,见图5(a)。

参考天线尺寸见图2(a),加载3电阻和地板开3槽的小型化天线尺寸见图5(a),加载3个贴片电阻的坐标为：(-7,0),(0,0),(7,0)。

通过比较图5中(b)、(c)、(d),可以看到,加载3个电阻并在地板开三槽的微带天线的带宽和增益都基本与参考天线一致,增益只下降了0.2 dB,可见电阻和开槽的引入并没有给微带天线的辐射性能带来太大影响。

(2) 进一步运用地板开槽与小型化技术的微带天线和参考天线的散射特性比较,如图6所示。

比较两天线不同角度的RCS特性,发现综合运用阻抗加载和接地板开槽天线的RCS在28 GHz内都得到了较好的减缩,减缩后没有了明显的“尖峰”,三个角度的RCS在28 GHz内基本都在-31 dB以下(只有距离工作频段较远的高端有一些点大于-31 dB,有些点RCS减缩达30 dB以上),总之,综合法设计的矩形微带天线RCS得到了很好的减缩,而辐射性能却下降很小,同时兼顾了天线的辐射性能和散射性能。

(3) 实测结果

实测结果与实物图如图7~图9所示。

4 结 语

本文讨论了阻抗加载技术并结合地板开槽和小型化技术来实现矩形微带天线的RCS减缩,仿真设计是通过HFSS 9.0来实现的。从实验结果来看,实际加工出来的天线和设计仿真结果相当吻合,此外,通过阻抗加载结合地板开槽和小型化等来实现天线的RCS减缩的技术实现起来比较容易,开槽和小型化在加工时就完成了,后续只需焊接几个贴片电阻就可以最终完成天线的设计,成本较低,用很小的成本实现了理想的结果。理论上讲,该阻抗加载技术也适用于口径耦合微带天线,再结合其他技术应该能实现较好的RCS减缩效果,进一步的研究工作还有待开展。

参 考 文 献

［1］阮颖铮.雷达截面与隐身技术\[M\].北京:国防工业出版社,1998.

［2］AHL I J,Bhartia P.Microstrip Antennas\[M\].Dedham,MA:Artech House,1980.

［3］Carver K R.Mink J W.Microstrip Antenna Technology\[J\].IEEE Trans.Antennas Propagation,1981,AP-29:2-24.

［4］Edward H Newman,David Forrai.Scattering from a Microstrip Patch\[J\].IEEE Trans.Antennas Propagation,1987,AP-35(3):245-251.

［5］Hirasawa K,Haneishi M.Analysis,Design,and Measurement of Small and Low-Profile Antennas\[M\].Norwood,MA:Artech House,1992.

［6］James J R,Hall P S.Handbook of Microstrip Antennas.London:Peter Peregrinus,Ltd.,1989,1.

［7］Girish Kumar,Ray K P.Broadband Microstrip Antennas\[D\].Artech House Antennas and Propagation Library,2003.

［8］荣丰梅.微带天线RCS减缩方法研究\[D\].西安:西安电子科技大学,2006.

［9］张明旭.微带天线单元及阵列的RCS减缩\[D\].西安:西安电子科技大学,2007.

［10］程度.异常值剔除法在RCS测量数据处理中的应用\[J\].现代电子技术,2007,30(19):82-84.

天线技术论文篇（5）

 

引言

微带天线作为一种新型的天线，与普通天线相比，具有不可替代的优势。它具有体积小、重量轻、平面结构等特点，可以很容易地与导弹和卫星等结合。此外，微带天线也有结构紧凑，性能稳定等特性，易于使用的印刷电路技术和大批量制造技术。因此，微带天线以其独特的优势得到在无线通信系统更广泛的应用。近年来，许多研究人员通过努力研究了多种天线技术来克服或减少微带天线一些不足之处[1~3]。然而，以上这些天线定向性不能满足无线通信的要求。因此，有必要研究低成本、高增益的WiMAX阵列天线。

本文提出了一种用于WiMAX的新型微带阵列天线。天线采用独特的布局，包括两层辐射带，该天线提供了一个由5.3至5.9GHz的带宽，能很好应用于WiMAX通信系统中。

一.天线结构

蝶形微带阵列天线结构如图1所示，天线的辐射单元包括两个对称的印刷带。天线的上层辐射带包括八个辐射单元，辐射单元的长度为a=10mm，宽为b=8mm，底部辐射带结构与顶层相反。微带天线的尺寸354mm×50mm。两层辐射层均印制在teflon基体上，其介电常数为2.65，厚度为1mm。上下两层对称的辐射单元与相邻的馈线网络单元连接，结构形状如同蝶形。科技论文，微带天线。科技论文，微带天线。

图1 蝶形微带阵列天线结构

二. 仿真与实测结果分析

制作的微带阵列天线如图2所示，天线的测量结果由R3765CH网络分析仪给出。科技论文，微带天线。图3~5为微带天线仿真与实测辐射模式。科技论文，微带天线。仿真结果（虚线）与实测结果（实线）相对应。从图3~5中可以看出，仿真与实测结果一致。阵列天线在5.3GHz时，E面的最大增益达到22.14dBi。良好的定向性能。所测天线在5.9GHz时H面半波束宽度达到最大，为105.44°，增益为6.53dBi。以上辐射模式结果表明在整个频段内天线具有较好的辐射效率，同时天线具有重量轻，低剖面，易于平面电路集成等特点。

图2 阵列天线的照片

图3远场辐射模式，f=5.3GHz

图4 远场辐射模式，f=5.5GHz

图5 远场辐射模式，f=5.9GHz

三. 总结

本文提出了一种16单元的蝶形振子阵列天线，所测天线在驻波比小于1.45时带宽为5.3~5.9GHz。科技论文，微带天线。天线在5.3GHz时E面的最大增益为22.14dBi，H面在5.9GHz时最大波束宽度为105.44°。科技论文，微带天线。测量结果表明该天线能够满足WiMAX频段通信要求。

参考文献

[1]Z.Du,K.Gong,J.S.Fu.Anovelcompactwide-bandplanarantennaformobilehandsets.IEEEtransactionsonantennasandpropagation,2,2006:613~619.

[2]H.Wang.X.B.Huang,D.G.Fang.AsinglelayerwidebandU-slotmicrostrippatchantennaarray.IEEEantennasandwirelesspropagationletters,7,2008:9~12.

天线技术论文篇（6）

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）03-0046-02

1 引言

随着无线通信的迅速发展，如何利用有限的频谱资源提供高速率、高质量的移动通信服务已成为关注的重点。常规的单天线收发通信系统已经无法解决新一代无线通信系统的大容量、高可靠性的需求问题，面临着严峻挑战。结合空时处理技术的多输入多输出（MIMO）技术，能成倍的提升系统容量和可靠性无需增加系统带宽[1]。

2 MIMO技术概念

MIMO允许多个天线同时发送和接收多个空间流，并能够区分发往或来自不同空间方位的信号。MIMO技术实质上是为系统提供空间复用增益和空间分集增益，目前针对MIMO信道所进行的研究也主要围绕这两个方面。

2.1 MIMO技术的发展

MIMO无线通信技术是天线分集与空时处理技术相结合的产物，它源于天线分集与智能天线技术，具有二者的优越性，属于广义的智能天线的范畴。

MIMO的早期概念在70年代就被提出了；1985年，贝尔实验室的Jack Salz和Jack Winters发表了波束成型（beamforming）论文；1993年，Thomas Kailath和Arogyaswami Paulraj提出了利用MIMO的空分复用（Spatial multiplexing）概念；1996年， Gerard J. Foschini提出了贝尔实验室分层空时 （BLAST ： Bell laboratories layered space-time）技术；1998年，贝尔实验室演示了第一台空分复用实验室原型机；2001年后，多家公司开发出了基于MIMO技术的WiFi或WiMAX商用系统；至今，所有第四代移动通信（4G）候选标准（例如LTE-A，WiMAX等）都将采用MIMO技术。

虽然MIMO技术已取得了一定程度的发展与进步，但是MIMO技术的理论结合实践应用还是存在一定的差距，因此对 MIMO 技术的深层次研究，对 MIMO 技术的发展有着重要意义[2]。就目前看，MIMO技术还需要在下面几个问题上深入研究与发展：（1）信道建模和信道容量的问题。（2）信号设计及处理问题。（3）MIMO 技术在4G网络中的应用和发展。（4）有效解决MIMO技术中多径效应的方法与措施。

2.2 MIMO系统原理

多输入多输出（MIMO）系统是指在通信链路的两端均使用多个天线的无线传输系统[1]。的MIMO系统框图如下图1所示。

发送端有根发送天线，接收端有根接收天线。其中表示来自第根发送天线的信号，表示从第根发送天线到第根接收天线的信道衰落系数，表示第根接收天线的信号。

假设MIMO系统信道模型为分组衰落模型，信道矩阵元素服从独立同分布的复高斯型瑞利衰落。此时MIMO系统模型可表示为：

其中是×1维接收信号向量，表示向量信道矩阵转置，H是×信道矩阵，是×1维发射信号向量，是×1维噪声向量。

2.3 MIMO关键技术

MIMO技术的关键技术通常是指空分复用、空间分集、波束赋形、预编码[2]。

（1）空分复用（Spatial Multiplexing）：

是利用多天线通过多个独立的空间信道同时发送多个独立的数据流。在发射端，高速率的数据流被分割为多个较低速率的子数据流，不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去。Foschini等人提出的“贝尔实验室分层空时”（BLAST：Bell laboratories layered space-time）技术是最早提出的空分复用方法。空分复用基本框图如图2所示。

（2）空间分集（Spatial Diversity）：

是将信号在多个独立的空间信道中传输，并在接收端对多份接收信号进行处理，从而减轻深衰落的影响，有效降低错误概率，提高系统可靠性。空间分集可分为接收分集和发射分集。LTE的多天线发送分集技术选用SFBC（Space Frequency Block Code）作为基本发送技术，图3为SFBC发送分集基本框图。

（3）波束赋形（Beam-forming）：

是一种基于天线阵列的信号处理技术，由多根天线产生一个具有指向性的波束，将能量集中在传输的方向上，以控制发送（或接收）信号的方向。原理：对多天线输出信号的相关性进行相位加权，是信号在某个方向形成同相叠加，在其他方向形成相位抵消，从而实现信号增益。

（4）预编码（precoding）：

主要是通过改造信道的特性来实现性能的提升，是支持多层发送的广义波束成型技术。预编码对多个数据流采用各自不同且联合计算的预处理矢量，以使总链路吞吐量达到最大。在多用户系统中，基于最大均方差（MMSE）或迫零（Zero-forcing）的预编码是最常见的线性方法，可以以有限的复杂度达到较好的性能。

以上 MIMO 相关技术并非相斥，而是可以相互配合应用的，如一个 MIMO 系统即可以包含空分复用和分集的技术。

2.4 MIMO的信道容量

传统SISO系统在加性高斯白噪声信道中的信道容量[4]（香农定理）：

bps/Hz，是接收端平均信噪比

MIMO系统在平坦衰落信道中的信道容量上限：

bps/Hz，M是接收天线数，N是发射天线数，是每根接收天线的平均信噪比，H是M×N阶的信道参数矩阵。

MIMO信道可以看成由个并行的信道或者本征模组成，因此整个MIMO信道的容量就是所有子信道容量之和。从理论上看，由于每个子信道都可以具有香农容量极限，所以，当发送/接受天线阵都具有良好的非相干性时，整个MIMO信道的容量可以显著提高。

3 MIMO的应用与标准化进展

MIMO技术已经成为无线通信领域的关键技术之一[5]。在无线宽带移动通信系统方面，3GPP已经在标准中加入了MIMO技术相关的内容，B3G和4G的系统中也应用了MIMO技术[3]。在无线宽带接入系统方面， 802.16e、802.11n和802.20等标准也采用了MIMO技术。在其他无线通信系统研究方面，如超宽带（UWB）系统、感知无线电系统（CR），也在考虑了MIMO技术。

随着MIMO技术日趋成熟，并向实用化迈进，国际上很多研究机构已不断推动MIMO技术的标准化进程，包括：MIMO无线传播信道模型的标准化和MIMO技术的标准化。

第三代合作伙伴计划（3GPP）将MIMO技术纳入了 HSPA+标准（R7版本），HSPA+中的MIMO采用的是2×2的天线模式。3GPP 组织在基于LTE R8和LTER9上一步研究和开发LTE R10。增强的下行MIMO是LTE-Advanced的关键技术之一，与LTE R8相比，不仅扩展了天线还引入了很多优化的机制。

4 结语

MIMO技术是无线通信领域近十年来重大的技术突破。目前MIMO与OFDM技术的结合，MIMO与新的自适应技术的结合，MIMO关键技术之间的结合和切换等都成为现在研究的热点，另外在LTE/LTE-A中不同场景下采用不同的技术可以得到不同的性能[6]，这势必会推动MIMO技术的进一步发展与应用。日后我们应对 MIMO 技术进行更深一步的研究和探讨，以促进 MIMO 技术的不断完善。

参考文献

[1]吴秋莹.MIMO技术在LTE系统中的应用及发展[J].信息技术，2012.

[2]董冰.论MIMO技术在LTE系统的应用与展望[J].信息通信，2012.

[3]卢敏.MIMO技术在LTE-A系统中的应用[J].科技信息，2012.

天线技术论文篇（7）

广播电视行业发展突飞猛进，离不开广播电视发射天线技术应用的普及。广播电视发射天线技术的出现及应用，提高了广播电视节目的内涵和质量，丰富了人们的业余生活，将人们从规律和繁忙的学习和工作中解脱出来，缓解了人们的压力，更以一种轻松的方式给人们提供了多元化的文化信息，给人们以视觉上的冲击，便于接受和读取信息。然而在信息发射过程中，广播电视发射天线技术是必不可少的，广播电视发射天线技术使信息传输更稳定，更方便，更快捷，更有效。为了进一步丰富我国广大群众的精神文化生活，我们需要对广播电视发射天线技术进行进一步研究，扩大其应用面积。

一、广播电视发射天线技术的特征

（一）普通技术特征

按照广播电视发射天线的工作性质分类，可将广播电视发射天线的发射技术特征分为输入和输出两个特征，电视在接收电磁波信号时，音频和视频信号所引发的阻抗即为输入特征；输出特征则主要表现在电视发射端发射出的信号功率和接收到的图像音频功率的大小以及馈线承载的电磁波的稳定性。

（二）传输技术特征

广播电视发射天线技术的传输特性也被分为了两种，其一是广播接收装置和电视图像接收到的声音及其影响通道；其二是广播电视发射天线技术的交叉调控特征、音频特征以及音频振幅和频率特征。

二、发射天线发射技术及维护

（一）并馈式自立铁塔中波天线技术

并馈式自立铁塔中波天线SFA以自立铁塔作为支撑，根据具体情况，设置铁塔形状。铁塔导线的上端与铁塔平台相连，下端与铁塔底部相连，以此起馈电作用。并馈式自立铁塔中波天线与不同天线相比有点颇多，首先并馈式自立铁塔中波天线的底部采用的是绝缘材料，不需要再安装绝缘底座，不仅节约了占地面积，更节约了成本；其次，并馈式自立铁塔中波天线用直流电接地，雷雨天气可以有效地防止雷电对铁塔的攻击；再者，并馈式自立铁塔中波天线能够承受高达一千瓦的功率，更能供两个以上的频道共同使用。

（二）天线高度技术

接收信号，必不可少的就是天线了，而天线高度也有很严格的要求，根据规定，天线高度一般设置为0.5，不超过这个高度，信号是相对稳定的，而一旦超过了这个高度，辐射的能量就会急速增加，从而导致天线波的衰落，影响天线性能，所以说，只有设置好合理地天线高度，才能够稳定且准确地接收到信号。

（三）发射天线的外部技术结构

广播天线技术中最好的技术当属垂直结构的振子单杆拉线天线铁塔，振子单杆拉线天线铁塔的天线用的是馈线和天调网，最底部采用的则是绝缘体材料用铜网线布置的辐射状的地网被埋藏在地下，很大程度的减少了传输过程中对电流的损耗，更保证了天线的高辐射率。

（四）发射天线技术的维护

组成广播电视发射天线系统的设备大致可以分为铁塔和天线两大类，使用过程中不论是在技术上或者设施上难免会出现一些问题，为了减小设备故障带来的一系列损失，我们应该重视日常对设备的维护工作，不仅需要用精密仪器进行检测故障所在，更需专业技术人员进行定期维护和修理，而最容易出故障的莫过于天线调节片，所以日常维护中尤其要做好对天线调节片的维护工作。

三、广播电视发射天线技术的现状分析及其应用

（一）广播电视发射天线技术应用现状分析

随着社会的发展，人们要求的不再仅是物质上的满足，对精神需求的渴望也日益显著广播电视发射天线技术应运而生，满足了人们对广播电视的信息需求，随着广播电视发射天线技术应用范围的扩大，人们对信息质量又有了更高层次的追求，而又由于快节奏的生活，人们对信息更新速度和时事关注度的要求也进一步提高了，所以，广播电视发射天线技术只有快速发展来满足人们日益丰富的需求和高要求，才能巩固地位。

（二）蝙蝠翼天线发射天线技术的应用

蝙蝠翼天线发射天线技术作为广播电视发射天线技术中的一分子，优势在于它的稳定性，这主要归功于蝙蝠翼天线的天线干和振子的稳定性，因为蝙蝠翼天线发射天线技术中的蝙蝠翼天线的同频贷款度可达25%，不需要借助任何绝缘子。在蝙蝠翼天线发射天线技术中，蝙蝠翼所处的平面内，法线方向为圆极化，辐射场为线极化，所以即便在对称阵子面积较大的情况下也能保证良好的同频匹配，消除电视画面重影现象的产生，给人们更畅通的视觉享受。

（三）缝隙天线发射天线技术目前的应用状况

缝隙天线发射天线技术也是广播电视发射天线技术中的一种，顾名思义，缝隙天线发射天线技术就是在导体上开缝产生天线。也正因此，缝隙天线发射天线技术觉得结构框架简单易造，便于操控，所以有很广的应用范围。通过以上对广播电视发射天线技术的基本概况、技术特性、应用状况等方面的探究和分析，不难看出广播电视发射天线技术给人们生产生活带来的便捷和广播电视发射天线技术自身的优势，所以不论是为了提高服务质量，还是为人们阅览信息的多选性和及时性，我们都应该将广播电视发射天线技术的创新和发展日益重视起来，与时俱进。

参考文献：

天线技术论文篇（8）

中图分类号：TP391.44 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 24-0000-01

一、RFID标签天线

RFID是无线射频识别技术，也叫做电子标签。RFID标签天线是一种通信的感应天线，能够利用射频识别技术自动识别特定的对象[1]。电子标签目前已经被广泛应用在现代人们生活的方方面面。本论文通过对远程宠物管理系统这一项目的介绍，来简要分析对适用于多种环境的RFID标签天线的研究。

二、环境对RFID标签天线的影响

在应用的过程中，都要将RFID标签放到需要识别的物体上。在设计和使用的过程中，一定要考虑实际情况，因为读写器与标签之间还可能隔着包装等。

同时我们还应该意识到，天线的性能也会受到环境等因素的影响。天线周围有水和金属时，这种影响会十分明显。本论文设计的RFID标签天线是一个远程宠物管理系统，经实际验证，这个RFID标签天线能够适用于多种环境。

三、远程宠物管理系统总体描述

（一）主要组成部分

本论文所设计的远程宠物管理系统，采用了最新的双频识别技术，实现了对宠物的远程管理，系统主要由远程宠物电子身份证、远程宠物电子身份识别器、手持PDA读写器和中心服务器四个部分组成。四个部分的具体介绍如下：（1）远程宠物电子身份证：采用2.4～2.5GHz与13.56MHz波段，可存储大量信息，低功耗、低辐射，对宠物健康无负面影响。（2）远程宠物电子身份识别器：识别距离可在50米范围内调节，可穿透障碍物识别宠物电子身份证；（3）手持PDA读写器：基于PDA直接对宠物电子身份证进行识别，手持PDA读写器与PDA之间可通过蓝牙、串口、CF口相连；（4）中心服务器：手持PDA读写器与中心服务器通过蓝牙、无线局域网或GPRS相连。

远程宠物管理系统的产品式样主要分为两种：手持PDA识别器和远程电子身份证。

（二）主要功能

本论文的远程宠物管理系统的主要功能有：（1）宠物电子身份证的远距离识别和读写；（2）宠物定位和搜索；（3）信息公告和；（4）丢失宠物查找。

（三）主要性能指标

（1）宠物识别距离不低于50米；（2）宠物移动速度不大于80公里/小时时，对宠物识别没有影响；（3）同时识别的最大宠物数量，不小于300只；（4）电子身份证发射功率小于-3db；（5）识别器的识别速度，不低于300个/秒；（6）宠物电子身份证的功耗小于0.3mW，普通纽扣电池的使用寿命大于2年。

四、远程宠物管理系统技术原理

宠物电子身份证使用了128个频道、2.4G到2.5GHzISM的微波段，频道带宽13.56MHz以及8MHz的双频识别技术，每张宠物电子身份证的ID号全球唯一，并可存储主人、地址、电话、出生日期、防疫信息、图片等大量信息。同时宠物电子身份证可远程加密读写。

远程宠物身份识别器可远距离穿透障碍物搜寻、定位宠物，当宠物防疫过期或为失踪宠物，远程身份识别器可发出报警音和振动提醒，并锁定宠物。

手持PDA读写器可和PDA通过蓝牙、串口、CF口相联，实时读取宠物信息，并发送到PDA上显示，手持PDA读写器可通过蓝牙、无线局域网、GPRS和中心数据库联接，获取最新的宠物信息。中心服务器为数据库服务系统，可以对宠物的相应信息进行查询。

五、项目创新内容

（一）应用创新

目前，对宠物的身份识别主要通过传统犬牌、二维条码、植入式芯片这三种方式。

传统犬牌容易伪造，通过人眼近距离识别，已基本上被淘汰；二维条码较难伪造，但识别距离只有几个厘米，识别时必须抓住宠物，识别效率低；植入式芯片是目前最新出现的宠物识别技术，植入式芯片无法伪造，识别距离可达到几十厘米。但植入式芯片也存在以下两个缺陷：（1）识别距离短，无法在户外识别屋内的宠物；（2）植入方式对宠物存在一定健康影响，许多宠物主人无法接受。

采用双频识别技术的远程宠物管理系统，有很多优势：（1）无法伪造；（2）可远距离穿透障碍物识别，识别距离可在50米范围内调节，可户外对屋内宠物进行身份识别；（3）可授权读写，可根据宠物的状况对识别体进行读写，存储最新的宠物信息；（4）对宠物健康无负面影响；（5）识别速度快，每秒可识别300只宠物，无需抓住、靠近宠物；（6）产品已通过浙江省计量科学研究院检测，相关技术指标满足全部要求。

（二）结构创新

电子犬牌结构小，可悬挂于宠物上，质量轻，对宠物无负面影响，具有卡通、精灵、宠物等多种造型。

六、项目技术开发可行性

（一）项目技术发展现状

本项目涉及的核心技术包括：2.4G～2.5GHz射频识别技术，13.56MHz射频识别技术。下面对目前这些相关技术的研究、开况做如下的简要介绍。（1）2.4G～2.5GHz射频识别技术。2.4G～2.5GHzISM频段是使用最多的短距离无线通信频段，基于该频段的短距离无线通信技术已经比较成熟[2]，具有公认的标准和产品，如ZigBee、Wi-Fi、蓝牙、无线USB、无线局域网等。（2）13.56MHz射频识别技术。基于13.56MHz射频识别技术的无线标准有NFC，ISO15693等。主要产品有Philips公司的RC500芯片，Melexis公司的MLX12115等。

七、结束语

本论文简要介绍了远程宠物管理系统，从中我们可以看出RFID标签天线能够适用于多种环境。RFID标签天线技术有着非常广阔的发展前景。

天线技术论文篇（9）

引言

多天线技术（MIMO）是LTE系统的关键技术之一，通过与OFDM及技术结合应用，能够对空、时、频多维信号进行很好的联合处理和调度，使系统的灵活性和传输效率大幅度提升。TD-LTE系统集成了TDD的固有特点和优势，能够很好的满足非对称移动互联网业务应用的需求。随着LTE上涌进程的不断推进，全球各大电信运营商已经大面积部署LTE网络，大部分FDD运营商采取了将LTE和3G系统共同部署的策略，基站主要采用2天线，而TDD运营商为了将TDD技术的优势充分发挥出来，其基站主要采用4天线和8天线技术，因此，需要充分了解不同天线技术各自的特点，从而为TD-LTE的实际部署和后续发展提供依据。

一、多天线技术

多天线技术是一种统称，根据实现方式的不同可以分为天线分集、波束赋形以及空分复用三种[1]。从LTE的发展过程来看，最基本的LTE MIMO形式采用了两端口的2×2形式。因此，多天线技术在TD-LTE系统中的发展及应用对于TDLTE的发展发挥着非常重要的作用。最优的MIMO算法对于不同的天线属配置来说存在一定的差异。

在TD-LTE系统中，常用传输方式主要包括TM2、TM3、TM4、TM7以及TM8，其中2天线主要采用的传输模式包括TM2、TM3和TM4；8天线除了支持2天线支持的传输模式之外，还支持TM7和TM8，其中TM8模式为R9支持技术[2]。表1给出了2天线和8天线的上下行对天线模式的支持能力。从表1来看，在上行上都是采用MIMO的分集模式，下行由于采用了模式间的自适应技术，当信道条件较好时会采用双流技术，而当信道条件较差时，则采用了单流技术。

二、2/8天线性能对比

2.1 2/8天线下行信道性能对比

表2给出了2/8天线SU-MIMO的系统性能对比数据，基于3GPP Casel-3D场景进行仿真，2天线采用TM4模式，8天线采用TM8模式，均支持单双流自适应。

从表2中的数据来看，8天线相对于2天线来说，平均频谱效率的增益达到了19%，边缘频谱效率的增益达到了22%。8天线的性能增益主要是由于其本身的空间自由度更高，能够形成更窄、指向性更强的波束，使有用信号提高，干扰也大幅降低。同时2天线通过终端反馈码本的方式存在码本量化损失，而8天线通过信道互易性得到的信道进行矩阵分解，可以得到更加准确的预编码向量。

由于8天线相对于2天线来说具有更大的空间自由度，因此8天线能够对MU-MIMO进行更好的支持。表3给出了8天线的SU-MIMO和MU-MIMO的性能对比，其中SUMIMO采用了单双流自适应技术，MU-MIMO则采用了2用户配对的单流技术。从表中的数据能够看出，MU-MIMO相对于SU-MIMO的平均频谱效率和边缘频谱效率均有15%左右的提升。8天线MU-MIMO模式下，用户配对准则以及用户之间的干扰消除的预编码算法会在较大程度上影响传输性能。

2.2 2/8天线上行信道性能对比

从上行链路的性能来看，8天线相对于2天线具有更大的接收分集增益。同时，8天线的空间自由度优势方便基站通过更具优势的接收算法来提升处理增益。表5给出了2/8天线系统上行仿真性能对比，仿真基于理想的信道估计。

接收端通过采用8天线和基于MMSE的干扰消除接收算法，8天线在平均频谱效率以及边缘频谱效率均有50%以上的增益效果，尤其是边缘频谱效率的增益接近80%左右。因为8天线具有很好的干扰消除性能，因此8天线的基站上行引入MU-MIMO技术能够进一步提升系统性能增益。

三、8天线在产品实现中的挑战

从前文的分析来看，基于8天线和2天线在物理实现、器件性能方面基本保持一致[3]。但是在实际产品实现方面，两者之间存在一定的差异，比如天线增益，这些对会对网络的实际上下行性能产生不同程度的影响。TD-LTE基于信道互易的8天线技术方案存在一定的问题。基于用户反馈码本的多天线方案，需要对上行容量进行充分的考虑，因此，一般会选择较粗的时频颗粒度进行反馈。但是在TDD系统中，基站能够通过上下行信道互易性获取上下行信道信息。因此，在预编码计算的过程中不会受到码本量化带来的影响。当硬件处理能力较高时，甚至能够实现所有物理资源块的波束赋型矩阵的计算，这能够使得波束赋型与信道条件之间的匹配程度进一步提高，从而促进波束赋型技术性能的进一步提升。

四、结语

TD-LTE继承了TDD的优势和特点，具有较高的灵活性和性能。通过论文的分析可以看出，8天线相对于2天线在平均频谱效率和边缘频谱效率具有更好的性能，同时8天线的MU-MIMO比SU-MIMO在平均频谱效率和边缘频谱效率具有更好的性能。因此，8天线能够更好的发挥空间和复用和干扰抑制方面的优势，能够进一步提升TD-LTE系统的性能。

参 考 文 献

天线技术论文篇（10）

论文摘要：近年发展起来的cdma移动通信系统技术相对于fdma、tdma系统具有较大的容量,但由于多径干扰、多址干扰的存在,其容量优势并没有得到充分的发挥,如果在基站上采用智能天线可以降低这些干扰的影响,提高系统的性能。本文通过对智能天线的认识、优势的阐述,从而引发智能天线在现代移动通信中的重要性。

1引言

我们知道,天线有很多种,但大体上可分为三大类:“线天线”、“面天线”及“阵列天线”。阵列天线最初用于雷达、声纳以及军事通信中,完成空间滤波和参数估计两大任务。当阵列天线应用到移动通信领域时,通信工程师喜欢用“智能天线”来称谓之。智能天线根据方向图形成(或称为波束形成)的方式又可分为两类:第一类,采用固定形状方向图的智能天线,且不需要参考信号;第二类,采用自适应算法形成方向图的智能天线,需要参考信号。

本文在以下提到的智能天线都是指第二类,即(自适应)智能天线,这也是目前智能天线研究的主流。

2智能天线的技术现状

在分析研究智能天线技术理论的同时,国内外一些大学、公司和研究所分别建立了试验平台,用实验的方法来验证理论研究的成果,得出相应的结论。

(1)在美国

在智能天线技术方面,美国较其它国家要成熟的多,并已开始投入实用。美国arraycomm公司将智能天线技术应用于无线本地环路(wll)系统。arraycomm方案采用可变阵元配置,有12阵元、8阵元环形自适应阵列可供不同环境选用,现场实验表明在phs基站采用该技术可以使系统容量提高4倍。

(2)在欧洲

欧洲通信委员会(cec)在race(research into advancedcommunication in europe)计划中实施了第一阶段智能天线技术研究,称为tsunami(the technology in smartantennas for univer-sal advanced mobile infrastructure),由德国、英国、丹麦和西班牙合作完成。该项目是在dect基站上构造智能天线试验模型,于1995年初开始现场试验,天线阵列由8个阵元组成,射频工作频率为1.89 ghz,阵元间距可调,阵元分布有直线型、圆环型和平面型三种形式。试验模型用数字波束成形的方法实现智能天线,采用era技术有限公司的专用asic芯片bdf1108完成波束形成,使用tms320c40芯片作为中央控制。

(3)在日本

atr光电通信研究所研制了基于波束空间处理方式的多波束智能天线。天线阵元布局为间距半波长的16阵元平面方阵,射频工作频率是1.545 ghz。阵元组件接收信号在模数变换后,进行快速付氏变换(fft)处理,形成正交波束后,分别采用恒模(cma)算法或最大比值合并分集算法,数字信号处理部分由10片fpga完成,整块电路板大小为23.3 cm×34.0 cm。atr研究人员提出了智能天线的软件天线的概念。

我国目前有部分单位也正进行相关的研究。信威公司将智能天线应用于tdd(时分双工)方式的wll系统中,信威公司智能天线采用8阵元环形自适应阵列,射频工作于1785~1 805 mhz,采用tdd双工方式,收发间隔10 ms,接收机灵敏度最大可提高9 db。

3智能天线的优势

智能天线是第三代移动通信不可缺少的空域信号处理技术,归纳起来,智能天线具有以下几个突出的优点。

(1)具有测向和自适应调零功能,能把主波束对准入射信号并适应实时跟踪信号,同时还能把零响点对准干扰信号。

(2)提高输入信号的信干噪比。显然,采用多天线阵列将截获更多的空间信号,也即是获得阵列增益。

(3)能识别不同入射方向的直射波和反射波,具有较强的抗多径衰落和同信道干扰的能力。能减小普通均衡技术很难处理的快衰落对系统性能的影响。

(4)增强系统抗频率选择性衰落的能力,因为天线阵列本质上具有空间分集的能力。

(5)可以利用智能天线,实时监测电磁环境和用户情况来提高网络的管理能力。

(6)智能天线自适应调节天线增益,从而较好地解决远近效应问题。为移动台的进一步简化提供了条件。越区切换是根据基站接收的移动台功率的电平来判断的。由于阴影效应和多径衰落的影响常常导致错误的越区转接,从而增加了网络管理的负荷和用户的呼损率。在相邻小区应用的智能天线技术,可以实时地测量和记录移动台的位置和速度,为越区切换提供更可靠的依据。

4智能天线与若干空域处理技术的比较

为了进一步理解智能天线的概念,我们把智能天线和相关的传统空域处理技术加以比较。

(1)智能天线与自适应天线的比较

智能天线与自适应天线并没有本质上的区别,只是由于应用场合不同而具有显著的差异。自适应天线主要应用于雷达系统的干扰抵消,一般地,雷达接收到的干扰信号具有很强的功率电平,并且干扰源数目比天线阵列单元数少或相当。而在无线通信系统中,由于多径传播效应到达天线阵列的干扰数目远大于天线阵列单元数,入射角呈现随机分布,功率电平也有很大的动态变化范围,此时的天线叫智能天线。

对自适应天线而言,只需对入射干扰信号进行抵消以获得信干噪比(sinr, signal to interference plus noise ratio)的最大化。对智能天线而言,由于到达阵列的多径信号的入射角和功率电平均数是随机变化的,所以获得的是统计意义上的信干噪比(sinr)的最大化。

(2)智能天线与空间分集技术的比较

空间分集是无线通信系统中常用的抗多径衰落方案。m单元智能天线也可等效为由m个空间耦合器按优化合并准则构成的空间分集阵列。因此可以认为智能天线是传统分集接收的进一步发展。

但是智能天线与空间分集技术却是有显著的差别的。首先空间分集利用了阵列天线中不同阵元耦合得到的空间信号的弱相关性,也即是不同路径的多径信号的弱相关性。而智能天线则是对所有阵元接收的信号进行加权合并来形成空间滤波。一个根本性的区别:智能天线阵列结构的间距小于一个波长(一般取λ/2),而空间分集阵列的间距可以为数个波长。

(3)智能天线与小区扇区化的比较

小区的扇区化可以认为是一种简化的、固定的预分配智能天线系统。智能天线则是动态地、自适应优化的扇区化技术。现在,我们来讨论一个颇有争议的问题。根据is-95建议,当采用120°扇区时系统容量将增加3倍。由此是否可以得到结论,扇区化波束越窄系统容量提高越大?考虑到实际的电磁环境,我们认为对这一问题的回答是否定的。这是因为窄波束接收到的信号往往是由许多相关性较强的多径信号构成的。一般情况下,各径信号的时延扩展小于一个chip周期。这时信号波形易于产生畸变从而降低信号的质量达不到增加系统容量的目的。同时如果采用过窄的波束接收信号,一旦该径信号受到严重的衰落,则将直接导致通信的中断。另外,过窄的接收波束在工程上是难以实现的,并将成倍地增加设备的复杂度。

5智能天线的未来展望

(1)目前还没有一个完整的通信理论能够较全面地将智能天线的所有课题有机地联系起来,故需要建立一套较完整的智能天线理论;另一方面,高效、快速的智能算法也将是智能天线走向实用的关键。

(2)采用高速dsp技术,将原先的射频信号转移到基带进行处理。基带处理过程是数字算法的硬件实现过程。

(3)由于圆形布阵和二维任意布阵比等间隔线阵优越,同时阵列天线的数字合成算法能够用于任意形式阵列天线而形成任意图案的方向图,因而可考虑在cdma基站中采用二维任意布阵的智能天线。

(4)在移动台中(如手机)采用智能天线技术。

(5)采用智能天线技术来改善移动通信信道中上下链路不能使用同一套权值的问题,以改善上下链路的性能。