基站天线波束赋形及其应用研究
智能天线波束赋形GOB算法与EBB算法比较
目前比较常用的波束赋形算法有2种：GOB算法和EBB算法。GOB算法是一种固定波束扫描的方法，对于固定位置的用户，其波束指向是固定的，波束宽度也随天 线阵元数目而确定。当用户在小区中移动时，它通过测向确定用户信号DOA，然后根据信号DOA选取预先设定的波束赋形系数进行加权，将方向图的主瓣指向用户方向，从而提高用户的信噪比。EBB算法是一种自适应的波束赋形算法，方向图没有固定的形状，随着信号及干扰而变化。其原则是使期望用户接收功率最大 的同时，还要满足对其他用户干扰最小。 实际设备中采用了EBB算法，需要说明的一点是，仅下行有波束赋形技术，上行方向，手机天线无法进行波束赋形，基站多个天线此时主要用于分集接收。 简单来说就是一个天线阵的运用，上行信号到达每个天线的时间是不一致的，但天线之间的相差是可以预知的，只要将每个天线上的上行信号做一个加权处理，所得信号将是同相信号，将天线阵上的信号相加，即可增加10logN*N db（此处应为10logN db——本人注）的信噪比；同理下行时，首先根据上行信号估计 空间特性，然后在天线阵上发送具有相差的信号，使各个天线下行信号到达接受机的信号同相。上下行中相位的加权运算就是波束赋形。 注解：波束赋形工作由基站完成 GOB 与EBB算法的区别 目前智能天线的赋形算法主要有以下两种： 一、GOB(Grid Of Beam)算法（又称波束扫描法）：它是基于参数模型（利用信道的空域参数）的算法，使基站实现下行指向性发射。 GOB算法的基本思路如下： 将整个空间分为L个区域，并为每个区域设置一个初始角度。以各个区域的初始角度的方向向量为加权系数，计算接收信号功率，然后找到最大功率对应的区域，再将该区域的初始角度当作估计的到达角。利用上下行信道对称的特点，确定赋形角度。 二、EBB(Eigenvalue Based Beamforming)算法（即特征向量法）：通过对空间
柔性共形阵天线技术的发展及应用
柔性共形阵天线技术的发展及应用 共形阵天线是和物体外形保持一致的天线阵，将天线阵面与载体外形“共形”，增强了适应性，相对于平面阵天线有很大的优势。在现代无线通信系统中，共形阵天线由于能够与飞机、导弹以及卫星等高速运行的载体平台表面相共形，且并不破坏载体的外形结构及空气动力学等特性，成为天线领域的一个研究热点，是新世纪相控阵雷达发展的一个重要方向。其中，柔性共形阵天线（后面重点介绍）是更先进的一种共形阵天线技术，不仅可以和任意曲面共形，能够随着外形变化进行动态调整适应而且对于飞行器因气动、冷热等引起的振动和外形变化具有更好的适应性。目前中国、美国、日本都在进行相关研究，中国已经研制成功采用圆柱阵的相控阵雷达和直升机共形天线。 共形阵天线技术发展历史 共形阵的研究实际上很早就开始了，上世纪30年代雷达刚刚出现的时候，科学家就开始对圆环阵、圆锥阵等特别形状天线进行研究，它们被视为共形阵的基础和突破口。上世纪80年代以后，随着信息革命的爆发，微电子技术迅速发展，一系列新器件、工艺的出现，为共形阵的运用打下了坚实的基础，目前共形阵已经开始部分实用，共形相控阵天线已经运用到各种雷达，如地面、舰载、机载探测雷达，电子战系统、通信系统等，运用领域也越来越广泛。 共形天线已经走入实用 共形阵天线技术特点 传统的相控阵雷达天线一般采用线阵或者平面阵，它的优点就是结构比较简单，技术处理比较容易，各方面理论比较成熟，因此费用、成本等较低，是目前相控阵雷达广泛使用的天线形式。不过平面相控阵天线也有自己一些先天的不足之处，限制它进一步的发展。 决定雷达探测距离两个参数：孔径和功率。想提高雷达的探测距离，就必须提高雷达的孔径，但是飞机上空间有限，难以找到较大的空间给平面阵，这样共形阵就出现了，共形阵最大的特点就是能够和载体表面共形，这样的话，就可以有效的扩展雷达天线的孔径，相
矩形微带天线设计与分析
矩形微带天线设计与分析 万聪，沈诚诚, 王一平 2011级通信2、4班 沈诚诚：主要负责资料准备与整理 王一平：主要负责论文的格式与后期资料扩充 万聪：主要负责设计模型 三人共同学习hfss软件设计模型，共同参与讨论编写论文，发扬团结合作的精神，克服所遇到问题，完成好老师布置的作业。 摘要：微带天线以其体积小、重量轻、低剖面等独特的优点引起了相关领域的广泛重视，已经被广泛应用在1OOMHz—1OOGHz的宽广频域上的大量的无线电设备中。本文介绍了一种谐振频率为2.45GHz，天线输入阻抗为50Ω的使用同轴线馈电的矩形微带天线。本论文给出了详细的设计流程：根据理论经验公式初步计算出矩形微带天线的尺寸，然后在HFSS里建模仿真，根据仿真结果反复调整天线的尺寸，直到仿真结果中天线的中心频率不再偏离2.44GHz为止。微带天线固有的缺陷是窄带性，它的窄带性主要是受尺寸的影响，在不改变天线中心频率的前提下，通过理论经验公式与仿真软件的结合，给出了微带天线比较合理的尺寸。通过HFSS 13.0软件对该天线进行仿真、优化，最终得到最佳性能。 关键词：微带天线、谐振频率、HFSS
Abstract: the microstrip antenna has attracted wide attention from related fields with the advantages of small volume, light weight, low profile, unique, a lot of radio equipment has been widely applied in broad frequency range 1OOMHz - 1OOGHz of the. This paper introduces a 2.45GHz resonant frequency, input impedance of the antenna for the rectangular microstrip antenna using a 50 ohm coaxial feed. This paper gives a detailed design process: according to the theory of empirical formula calculated the size of rectangular microstrip antenna, then modeling and Simulation in HFSS, repeated adjustment according to the simulation results of the antenna size, until the simulation results in the center frequency antenna can not depart from the 2.44GHz to stop. The inherent defects of microstrip antenna is narrow, narrow band it is mainly affected by the size, in the premise of not changing the antenna center frequency, through a combination of theoretical formula and simulation software, the reasonable size of microstrip antenna. The antenna is simulated by HFSS 13 software, optimization, and ultimately get the best performance. Keywords: microstrip antenna, resonant frequency, HFSS
波束赋形工作原理及对TD-LTE测试的影响
波束赋形?工作原理及对TD-LTE测试的影响 ! 1 波束赋形基础知识" ? ? “波束赋形”?一词有时会被滥?用，从?而引起混淆。从技术上来说，波束赋形和波束导向?一样简单，即 两个或更多的天线以受控的延迟或相位偏移来发射信号，从?而创造出定向的建设性?干涉波瓣(见图1)。! ! 图1 简单波束导向创建的波瓣 ? ?TD-LTE系统中所?用的波束赋形是?一个相对更加复杂的命题，部分原因是终端设备具有移动的特性。?一种称为Eigen波束赋形的技术会使?用关于RF信道的信息从统计上对发射天线组件的幅度和相位参数进?行加权判断。虽然 Eigen波束赋形并?非计算最密集的波束赋形类型(还有?一种称为最?大?比率发送的?方法也会执?行相同类型的权重判断，但只针对每个?子载波)，但当它被?用于组件数较?高的8 × n MIMO 系统时，?无论是在实施中，还是在系统开发的验证阶段中，都将是?一个极具挑战性的命题。 ! 2 TD-LTE与8×n MIMO" ? ? 多数计划中的TD-LTE部署都是围绕8个天线组件的发射天线?而设计的(见图2)。在这些系统中，4个有?一定距离间隔的天线组件被物理指向某个?角度。另外，4个组件的布置?方式是，每个都分别与前4个天线组件同轴，?而且后4个天线组件中每?一个都指向其各?自的配对组件。
图2 ?一个8×2波束赋形系统创造出的垂直极化波束 ? ? 由4个?方向类似的组件组成的每?一组都形成了?一个可以瞄准某个特定?方向的波束。这4个?无线电链路之间的关联程度很?高，?而两个垂直极化波束则显?示出较低程度的相互关联，形成类似2×n MIMO 的系统，因此也就可以发射多层或多个数据流。因此，这样的系统在实现MIMO系统数据速率最?大化优势的同时，还可充分发挥波束赋形优化特定?方向信号强度。这种系统通常被称为双层波束赋形系统，其中的每?一层都可以代表?一个独?立的数据流。 ? ? 双层MIMO波束赋形系统既可?用作单?用户MIMO系统(SU-MIMO)，即两个数据流都被分配给单个?用户终端，也可以?用作多?用户(MU-MIMO)系统，即个数据流均被分配给不同的?用户终端。这样为?网络运营商提供巨?大的灵活性，使之能够选择性地部署覆盖能?力最?大的系统，或者是单个?用户数据吞吐量最?大的系统。 ! 3 波束赋形?工作原理" ? ? 在任何?一种波束赋形系统中，系统都必须能够估计?目标?用户终端的?方向。在FDD系统中，这是?用户终端 以预编码矩阵指标(PMI)的形式进?行反馈的功能，?而TD-LTE的信道互易性取消了这?一要求。在TD-LTE系统中，?用户终端会向基站发送?一个信道报告信号，基站通过检查相同极化天线之间的相对相位差，能估计出?用户终端的到达?方向(DoA)。需要注意的是，尽管这种估计是在上?行链路中执?行的，基站仍可利?用信道互易性，根据对上?行链路的估计在下?行链路中执?行发送任务。 ? ?接下来，根据估计出的DoA，基站会动态调整天线阵列中每个组件的“天线权重”(相对幅度和相位)，将波束引向所期望的?用户，并且/或者将零信号引导?至不需要?干涉所在的?方向。图 1显?示的便是这?一基本概念。 ? ? 上?面的场景事实上只是简单的波束导向。Eigen波束赋形会加?入?一些智能处理，但其期望的基本效果是相同的：系统会利?用互易性对下?行信道的参数做出估计并据此调整天线权重(见图3)。 图3 ?自适应式波束赋形系统 ! 4 测试波束赋形"
波束赋形
TD-LTE双流波束赋形天线技术 双流波束赋形技术是TD-LTE的多天线增强型技术，是TD-LTE建网的主流技术，结合了智能天线波束赋形技术与MIMO空间复用技术，是中国移动和大唐移动共同创新的成果，也是中国通信产业技术能力的体现。 一、8天线双流波束赋形技术引入需求分析 多天线技术是天线技术发展趋势，现有TD-SCDMA已经引入了8天线，TD- LTE也引入了8发2收的天线配置，到LTE-A则将引入8发8收的天线配置。 考虑到提升覆盖能力和降低引入TD-LTE的CAPEX，TD-LTE系统中引入了8天线方案。另外，引入8天线还可以使TD-SCDMA平滑演进到TD-LTE，同时继续沿用并充分发挥TDD 系统在赋形方面的优势。 1．系统平滑演进需求 目前，TD-SCDMA网络正在全国迅速铺开。与此同时，TD-SCDMA演进技术TD-LTE也被提上了未来移动通信网络建设发展的日程。如何在进行TD-SCDMA网络建设的同时保证能够向TD-LTE实现平滑演进已经成为了运营商和设备供应商共同关注的焦点问题。 出于系统平滑演进的考虑，大唐移动提出了产品设备共平台设计的解决方案，有效的保护网络建设现有投资，保证网络升级的快速便捷。在主设备实现平滑演进的同时，从节约建网成本、降低建站难度等角度出发，需要尽可能保持TD-SCDMA网络已部署的天线系统不变，且可以在TD-LTE中继续使用。为实现天线系统的平滑演进，TD-SCDMA网络中进行宏覆盖主要采用的8天线，需要在TD- LTE网络中继续使用。 2．技术演进需求 波束赋形技术是一种基于小间距天线阵列的线性预处理技术，能够根据用户的信道特性进行波束赋形，具有扩大覆盖、提高系统容量、降低干扰的能力。作为TD-SCDMA的核心技术，波束赋形技术已在中国移动3G网络中广泛使用。 在LTE技术规范Release 8版本中，引入了单流波束赋形技术，对于提高小区平均吞吐量及边缘吞吐量、降低小区间干扰有着重要作用。但是，面对LTE Release 9以及LTE-Advanced系统的更高速率需求，有必要对波束赋形技术加以扩展。以LTE定义的最大发天线数8天线为例，由多天线理论可知，8×2天线系统的单用户MIMO至多可以同时传输两个数据流，这就意味着LTE Release 8规范中的单流波束赋形技术并没有充分开发信道容量。根据信道容量相关理论可知，信道容量为信噪比的对数函数，随着信噪比提升，容量增加趋势越来越缓；在高信噪比情况下，将某个数据流的功率降低一半并不会导致该数据流容量大幅降低，此种情况利用另一半功率来发送一个新的数据流将会极大地提升传输容量。 为满足TD-LTE系统中使用8天线以及扩展波束赋形技术以提升容量的需求，中国移动和大唐移动共同推出了采用8天线配置的双流波束赋形技术。 二、双流波束赋形技术介绍 双流波束赋形技术应用于信号散射体比较充分的条件下，是智能天线波束赋形技术（即单流波束赋形技术）和MIMO空间复用技术的有效结合，在TD-LTE系统中，利用TDD信道的对称性，同时传输两个赋形数据流来实现空间复用，并且能够保持传统单流波束赋形技术广覆盖、提高小区容量和减少干扰的特性，既可以提高边缘用户的可靠性，同时可有效提升小区中心用户的吞吐量。 根据多天线理论可知，接收天线数不能小于空间复用的数据流数。8天线双流波束赋形技术的使用，接收端至少需要有2根天线。 根据调度用户的情况不同，双流波束赋形技术可以分为单用户双流波束赋形技术和多用户双
LTE-TDD波束赋形
波束赋形 波束赋形原理 波束赋形的目标是根据系统性能指标，形成对基带（中频）信号的最佳组合或者分配。具体地说，其主要任务是补偿无线传播过程中由空间损耗、多径效应等因素引入的信号衰落与失真，同时降低同信道用户间的干扰。因此，首先需要建立系统模型，描述系统中各处的信号，而后才可能根据系统性能要求，将信号的组合或分配表述为一个数学问题，寻求其最优解。 1．系统模型 根据应用场合的不同，一般可以将波束赋形算法分为上行链路应用以及下行链路应用。无论是哪种情况，总可以用一个时变矢量（MIMO）信道来描述用户端与基站端的信号关系，如图2所示。对于上行链路，多个发射信号实质上是K个用户设备同时发送的信号，基站则使用多个天线单元接收信号，对其进行处理和检测，这时发送端的信号分配仅在各个支路分别进行；对于下行链路，基站仍可能使用多个天线单元向特定用户发射信号，但用户设备使用单天线检测与其有关的信号，这时接收部分降为一维，信号组合也仅对于单路信号进行。 根据图2的系统模型，就可以描述发送端的原始信号与接收端实际接收信号之间的关系，通常根据研究重点的不同，对于原始信号以及实际接收信号的位置会有不同的定义。对于波束赋形技术，一般其研究的范围从发送端扩谱与调制单元的输出端，到接收端解扩与解调单元的输入端，而研究过程中又常将信号分配单元输出端到信号组合单元输入端之间的部分合并，统称为无线移动信道，由于无线移动通信环境的极度复杂，无法得到其输入输出关系的确切描述，一般采用大量测量和理论研究相结合的方法，使用有限的参数描述该信道。采用这种方法后，就可以得到受干扰有噪信号与原始信号的关系，并据此在一定程度上恢复信号。因此，波束赋形的一般过程为： ⑴根据系统性能指标（如误码率、误帧率）的要求确定优化准则（代价函数），一般这是权重矢量与一些参数的函数； ⑵采用一定的方法获得需要的参数； ⑶选用一定的算法求解该优化准则下的最佳解，得到权重矢量的值。 可以发现，由于通信环境复杂，上述过程的每一阶段都可有不同的实现方案，因此产生了大量的波束赋形算法，如何衡量和比较其性能也成为波束赋形技术研究的一个重要方面。 2．波束赋形算法的性能
矩形微带贴片天线设计及仿真
《现代电子电路》课程设计题目矩形微带天线的设计与仿真 单位（院、系）：信息工程学院 学科专业: 电子与通信工程 学号：416114410159 姓名：曾永安 时间：2011.4.25
矩形微带天线的设计与仿真 学科专业：电子与通信工程学号：416114410159 姓名：曾永安指导老师：吴毅强 摘要：本文介绍了一种谢振频率为2.45GHz，天线输入阻抗为50Ω的使用同轴线馈电的矩形微带天线。通过HFSS V10软件对该天线进行仿真、优化，最终得到最佳性能。 关键词：HFSS，微带线，天线
Design and Simulation of Rectangular Microstrip Antenna Abstract:This paper introduces a rectangular microstrip antenna which works at resonance frequency of 2.45GHz and antenna input impedance of 50Ω and is fed by coaxial cable. The model of the antenna is set up a nd simulated by ANSOFT HFSS V10 ,and the optimal parameters of the microstrip antenna are obtained as well. Key words:HFSS,Microstrip,Antenna
1.引言 微带天线的概念首先是由Deschamps于1953年提出来的，经过20多年的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期制造了实际的微带天线。微带天线结构简单,体积小,能与载体共形, 能和有源器件、电路等集成为统一的整体,已被大量应用于100MHz～100GHz宽频域上的无线电设备中, 特别是在飞行器和地面便携式设备中得到了广泛应用。微带天线的特征是: 比通常的微波天线有更多的物理参数, 可以有任意的几何形状和尺寸；能够提供50Ω输入阻抗,不需要匹配电路或变换器；比较容易精确制造, 可重复性较好；可通过耦合馈电, 天线和RF电路不需要物理连接；较易将发射和接收信号频段分开；辐射方向图具有各向同性。本文设计的矩形微带天线工作于ISM频段，其中心频率为2.45GHz；无线局域网、蓝牙、ZigBee等无线网络均可工作在该频段上。选用的介质板材为Rogers R04003，其相对介电常数εr=3.38,厚度h=5mm；天线使用同轴线馈电。 2.微带贴片天线理论分析 图1是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射元、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数包括辐射元的长度L、辐射元的宽度W、介质层的厚度h、介质的相对介电常数 r和损耗角正切tanδ、介质层的长度LG和宽度WG。图1所示的微带贴片天线采用微带线馈电，本文将要设计的矩形微带天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线街头的内芯线穿过参考点和介质层与辐射元相连接。 图1 微带天线的结构
阵列天线波束赋形技术研究与应用
阵列天线波束赋形技术研究与应用 ⑧ 论文作者签名： 指导教师签名：皇直江本 论文评阅人１： 评阅人２： 评阅人３： 评阅人４： 评阅人５： 答辩委员会主席： 委员ｌ： 委员２： 委员３： 委员４： 委员５： 答辩日期：２０１４年３月９日 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的
同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位敝作者签名：惕扶％签字日期：沙、ｆ年＿；月∽学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解浙江大学有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名：伤双巧｝导师签名：重甫姐；寿 签字日期：签字日期：训ｌｆ年弓月Ｉ３日）移ｆ今年弓月ｌ驴日 致谢 时光飞逝，又到了毕业季。在浙江大学本科四年以及研究生两年半的求学生涯中，我不仅学到了专业知识，还领悟到了很多做人的道理。浙大“求是，创新”的校训一直陪伴我的成长，在我毕业之后，“求是，创新”也将一直作为我为人处事的准则。两年半的硕士研究生生活即将结束，回首过往，自己在学习、生活上都得到了很大的提升，这离不开来自家人、老师、同学及朋友的帮助。在此，衷心感谢那些帮助过我的人。 首先感谢我的导师皇甫江涛老师和冉立新老师对我学业上的帮助，感谢他们为我指点未来的科研之路，帮助我选择毕业之后出国深
TD-LTE双流波束赋形天线技术创新
TD-LTE双流波束赋形天线技术创新 双流波束赋形技术是TD-LTE的多天线增强型技术，是TD-LTE建网的主流技术，结合了智能天线波束赋形技术与MIMO空间复用技术，是中国移动和大唐移动共同创新的成果，也是中国通信产业技术能力的体现。 一、8天线双流波束赋形技术引入需求分析 多天线技术是天线技术发展趋势，现有TD-SCDMA已经引入了8天线，TD- LTE也引入了8发2收的天线配置，到LTE-A则将引入8发8收的天线配置。 考虑到提升覆盖能力和降低引入TD-LTE的CAPEX，TD-LTE 系统中引入了8天线方案。另外，引入8天线还可以使TD-SCDMA 平滑演进到TD-LTE，同时继续沿用并充分发挥TDD系统在赋形方面的优势。 1．系统平滑演进需求 目前，TD-SCDMA网络正在全国迅速铺开。与此同时， TD-SCDMA演进技术TD-LTE也被提上了未来移动通信网络建设发展的日程。如何在进行TD-SCDMA网络建设的同时保证能够向 TD-LTE实现平滑演进已经成为了运营商和设备供应商共同关注的焦点问题。 出于系统平滑演进的考虑，大唐移动提出了产品设备共平台设计
的解决方案，有效的保护网络建设现有投资，保证网络升级的快速便捷。在主设备实现平滑演进的同时，从节约建网成本、降低建站难度等角度出发，需要尽可能保持TD-SCDMA网络已部署的天线系统不变，且可以在TD-LTE中继续使用。为实现天线系统的平滑演进，TD-SCDMA网络中进行宏覆盖主要采用的8天线，需要在TD- LTE 网络中继续使用。 2．技术演进需求 波束赋形技术是一种基于小间距天线阵列的线性预处理技术，能够根据用户的信道特性进行波束赋形，具有扩大覆盖、提高系统容量、降低干扰的能力。作为TD-SCDMA的核心技术，波束赋形技术已在中国移动3G网络中广泛使用。 在LTE技术规范Release 8版本中，引入了单流波束赋形技术，对于提高小区平均吞吐量及边缘吞吐量、降低小区间干扰有着重要作用。但是，面对LTE Release 9以及LTE-Advanced系统的更高速率需求，有必要对波束赋形技术加以扩展。以LTE定义的最大发天线数8天线为例，由多天线理论可知，8×2天线系统的单用户MIMO至多可以同时传输两个数据流，这就意味着LTE Release 8规范中的单流波束赋形技术并没有充分开发信道容量。根据信道容量相关理论可知，信道容量为信噪比的对数函数，随着信噪比提升，容量增加趋势越来越缓；在高信噪比情况下，将某个数据流的功率降低一半并不会导致该数据流容量大幅降低，此种情况利用另一半功率来发送一个新
一种低轨卫星通信锥台共形阵列天线设计
电子设计工程Electronic Design Engineering 第26卷Vol.26第14期No.142018年7月Jul.2018 收稿日期：2017-12-08稿件编号：201712038基金项目：国家自然科学基金（61601295）；科技部国家重点研发计划（2017YFB0502902）；上海市扬帆计划 （16YF1411000）；中科院创新基金（CXJJ-16S033） 作者简介：李凯（1991—），男，山东莱芜人，硕士研究生。研究方向：卫星移动通信。现代低轨小卫星具有设备复杂度低（易小型 化）、通信时间延迟小、功能与抗毁性强、安全性高、 应急能力与灵活性强、实用性与可靠性高、系统建设 周期短、投资和发射与运营成本相对较小等特点[1]， 在科学探测、数据通信和消息传输等领域有着广泛 的应用。因此，对具有高增益、轻量化、低仰角等特 点的低轨卫星通信终端天线的需求日益迫切[2]。目前，为了使星载终端天线达到全空域波束覆盖的目的，阵列天线主要采用多面阵列天线、抛物面天线以及共形（曲面）阵列天线3种[3]。文献[4-7]将传统平面阵进行倾斜，使其与水平面形成一定的倾角，这样的阵列利用自有的倾角可以实现主瓣指向更大的俯仰角度，但这种设计会导致旁瓣相对较一种低轨卫星通信锥台共形阵列天线设计 李凯1，2，3，赵璐璐2，梁广2，吴迪2，余金培1， 2（1.中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海200050；2.上海微小卫星工程中心上海201210； 3.中国科学院大学北京100049） 摘要：针对平面阵列天线俯仰角指向角度有限的不足，设计了一种可实现全空域覆盖的卫星通信锥台共形阵列天线。该阵列采用类圆形的锥台形状，顶面为一平面阵列，侧面由12条棱面围合而成，其顶部平面阵列形成的波束覆盖上半空间的大部分区域，侧面12个棱面产生的波束分别覆盖低仰角空域。利用软件分析了锥台共形阵列天线在全空域时的方向图和增益特性，同时考虑实际应用时的阴影效应，使用锥台不同位置的阵元对不同空域进行波束形成。仿真结果表明该锥台共形阵列天线在全空域内波束覆盖良好。 关键词：锥台共形阵；全空域；波束形成；卫星通信 中图分类号：TN823.15文献标识码：A 文章编号：1674-6236（2018）14-0048-05 Design of truncated cone array antenna for LEO satellite communication LI Kai 1，2，3，ZHAO Lu?lu 2，LIANG Guang 2，WU Di 2，YU Jin?pei 1， 2（1.Shanghai Institute of Micro ?system and Information Technology ，Chinese Academy of Science ，Shanghai 200050，China ；2.Shanghai Engineering Center for Micro ?satellite ，Shanghai 201210，China ；3.University of Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100049，China ） Abstract:Aiming at the limited Angle of the planar array antenna ，a satellite communication truncated cone array antenna with full airspace coverage is designed.The array adopts the type of conical shape ，its top surface is a planar array ，and the cone side surface is surrounded by a combination of 12edges.The beam formed by the top planar planar array covers most area of the high elevation and the 12edges cover the low elevation area.The antenna directional pattern and gain characteristics of the truncated cone array antennain the full airspace is analyzed by software.At the same time ，the shadow effect in practical application is considered ，and the beams in different direction domains are formed by the array elements of different positions.The simulation results show that the truncated cone array antenna has good directional patterns.Key words:truncated cone array ；full airspace ；beamforming ；satellite communications --48
自适应波束成形算法LMS、RLS、VSSLMS分解
传统的通信系统中，基站天线通常是全向天线，此时，基站在向某一个用户发射或接收信号时，不仅会造成发射功率的浪费，还会对处于其他方位的用户产生干扰。 然而，虽然阵列天线的方向图是全向的，但是通过一定技术对阵列的输出进行适当的加权后，可以使阵列天线对特定的一个或多个空间目标产生方向性波束，即“波束成形”，且波束的方向性可控。波束成形技术可以使发射和接收信号的波束指向所需要用户，提高频谱利用率，降低干扰。 传统的波束成形算法通常是根据用户信号波达方向（DOA）的估计值构造阵列天线的加权向量，且用户信号DOA在一定时间内不发生改变。然而，在移动通信系统中，用户的空间位置是时变的，此时，波束成形权向量需要根据用户当前位置进行实时更新。自适应波束成形算法可以满足上述要求。 本毕业设计将对阵列信号处理中的波束成形技术进行研究，重点研究自适应波束成形技术。要求理解掌握波束成形的基本原理，掌握几种典型的自适应波束成形算法，熟练使用MATLAB仿真软件，并使用MA TLAB仿真软件对所研究的算法进行仿真和分析，评估算法性能。 （一）波束成形： 波束成形，源于自适应天线的一个概念。接收端的信号处理，可以通过对多天线阵元接收到的各路信号进行加权合成，形成所需的理想信号。从天线方向图(pattern)视角来看，这样做相当于形成了规定指向上的波束。例如，将原来全方位的接收方向图转换成了有零点、有最大指向的波瓣方向图。同样原理也适用用于发射端。对天线阵元馈电进行幅度和相位调整，可形成所需形状的方向图。 波束成形技术属于阵列信号处理的主要问题：使阵列方向图的主瓣指向所需的方向。 在阵列信号处理的范畴内，波束形成就是从传感器阵列重构源信号。虽然阵列天线的方向图是全方向的，但阵列的输出经过加权求和后，却可以被调整到阵列接收的方向增益聚集在一个方向上，相当于形成了一个“波束”。 波束形成技术的基本思想是：通过将各阵元输出进行加权求和，在一时间内将天线阵列波束“导向”到一个方向上，对期望信号得到最大输出功率的导向位置即给出波达方向估计。 “导向”作用是通过调整加权系数完成的。对于不同的权向量，上式对来自不同方向的电波便有不同的响应，从而形成不同方向的空间波束。
一种高性能的微带全向天线设计与分析
在移动通信领域中，全向高增益天线有着广泛的应用。微带交叉阵子天线作为一种全向高增益天线，以其结构简单，匹配容易，便于批量生产以及造价低廉等优点受到重视。一般的微带交叉阵子天线如图1所示，这种结构在仿真和实测中，方向图畸变比较严重，天线的电压驻波比也比较差。文献给出了一种改进的方案，将微带天线的地面做成梯形结构，如图2所示。这在一定程度上改善了天线性能。文中给出了该结构天线的仿真和实物测试结果，以便与本文提出的微带全向天线作比较。文中所提出的微带全向天线如图3所示。该天线除了采用微带渐变结构和电感匹配器外，还在天线的顶端加载了λg／4短路匹配枝节。仿真和测试表明，该天线同文献中提出的天线相比较，具有更好的电压驻波比和更高的增益，是一种高性能的微带全向天线。 图1 微带交叉阵子天线示意图 1 微带交叉阵子天线的基本原理 微带交叉阵子天线的基本结构如图1所示。将每段微带传输线的地面看成同轴线的外导体，导带看作同轴线的内导体，其与传统的COCO天线具有相似的结构。同样，微带交叉阵子天线也是由多个λg／2的微带单元级联而成，天线的地面和导带在介质基片的两侧交替放置，从而利用交叉连接来实现倒相。由于交叉连接点的不连续性形成辐射，使得这种结构存在两种模式，即传输模和辐射模。对于传输模，由于波沿导带和接地板的内表面传输，而且微带传输线是均匀的，
所以在分析时不考虑空间的辐射。而辐射模，则是由于各接地板的交替处电压源激励起的辐射电流存在于接地板的内外表面，从而形成辐射。同COCO天线一样，微带交叉阵子天线也是一个阵列天线。由阵列天线的基本理论可知，对于远场区，天线的归一化方向性函数为 天线的增益为 其中，η为天线的辐射效率；D为天线的方向性系数。 2 微带交叉阵子天线的设计与分析 基本的微带交叉阵子天线如图1所示，实验证明，该结构天线的方向图畸变比较严重，而且带内电压驻波比也不理想。为了改善天线的性能，将天线地板设计成梯形结构，并在每个微带单元导带的中间加载一个矩形贴片，用于对天线进行调谐，此时的天线结构如图2所示，这在一定程度上改善了天线的阻抗特性。加载的矩形贴片相当于1个电感器。假设该电感器的长为l，宽为w，那么其等效电路的电感L如式（3）所示。 其中，h为介质板厚度；t是导体的厚度；Kg为校正因子，其经验公式为
智能天线广播波束赋形应用探讨
智能天线广播波束赋形应用探讨 摘要：TD-SCDMA的难点在于覆盖与自干扰。解决的办法有很多，本文提供了调整广播波束赋形宽度这种便捷有效的方法，可以根据不同的无线场景，设置最为合理的波束宽度，即达到预期的覆盖效果，又能减少公共信道的干扰，提升系统性能。 关键词：波束宽度场景 1.引言 智能天线是TD-SCDMA的关键技术之一。该技术的运用大大降低了TD-SCDMA系统内部的干扰，提高了系统容量。然而这只适用于用户在通话过程中，智能能天线对每个用户的上行信号均采用赋形波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到抑制干扰信号的目的，提高系统性能是非常直接的。但在用户没有发射，仅处于接收状态下，基站是不可能知道该用户所处的方位，只能使用全向波束进行发射，所以优化广播信道及下行导频信道波束，不仅可以减少公共信道的干扰，提升系统性能，而且还能根据场景之需，因地制宜，达到良好覆盖效果。 2.广播波束赋形的介绍 天线的垂直波瓣宽度和下倾角决定基站覆盖的距离，而天线的水平波瓣宽度和方位角度决定覆盖的范围。广播波束是在广播时隙形成，实现对整个小区的广播。TD系统中，在帧结构中为广播信道设置了专门的时隙。 图 1 TD帧结构图 波瓣宽度的大小反映了天线的能量辐射集中程度，波瓣宽度越窄天线主瓣(3dB角内)能量越集中，旁瓣对周边小区干扰也越小。对于广播信道全向赋形，全向天线的水平波瓣宽度均为360度；定向天线的常见水平波瓣宽度有30度、65度、90度、120度等多种。 对使用普通天线的无线基站，其小区的覆盖完全由天线的辐射方向图形确定。当然，天线的辐射方向图形是可能根据需要而设计的。但在现场安装后除非更换天线，其辐射方向图形是不可能改变和很难调整的。但智能天线的辐射图形则完全可以用软件控制，在网络覆盖需要调整或由于新的建筑物等原因使原覆盖改变等情况下，均可能非常简单地通过软件来优化，如图2。所以在TD系统中，广播波束赋形已经成为日常优化的一种参数方法。有了它，网优人员就可能轻松地根据实际环境之需，根据周边站点的间距、疏密程度来调整使用广播信道的波束赋形宽度，达到预期的效果。
共形阵列天线总结
共形阵列天线理论与应用总结 第1章引言 共形天线是一种和物体外形保持一致的天线。 第2章圆形阵列理论 2.1 引言 1、圆形阵列天线可以看作是旋转对称共形阵列天线的基本结构单元。 2、带有等间距辐射单元和等幅同相激励源的圆形阵列天线长期以来一直被用于获得在阵列所在平面（通常是水平面）的全向方向图，后来被用于相控定向波束及多波束阵列，包括宽带圆形阵列。 3、相对于全向性单元，定向性单元的使用已被证明能很大程度地改善圆形阵列的方向图带宽。 2.2 基本理论 1、基本的线形阵列由在一条直线上的若干等间距、同朝向分布的离散辐射单元组成。 2、均匀圆形阵列（UCA）的辐射单元等间距分布于圆的外围且等幅同相激励。 2.3 相模理论 1、当辐射单元具有方向性时，阵列的带宽和方向图稳定性等性质与各向同性阵列相比将会有所改善。就定向阵列单元而言，相模概念同样有助于理解其工作机理。 第3章共形天线的形状 多平面表面平面的优势在于将辐射元、有源电子设备等的封装集成为平面多瓦片模块。在相同的激励下，几个倾斜平面阵的组合可以产生和其相对应曲面阵相类似的方向图特性，即副瓣比约为-13dB。然而，除非使用相当多的辐射元和小平面，否则，这种非平坦的外形很难满足更为苛刻的方向图指标，特别需要注意的是边缘和（或）小平面间缝隙的衍射问题。小平面和柱面上辐射元间的互耦和单元方向图可使用UTD（一致性绕射理论）进行分析，在该研究中，小平面尺寸至少有几个波长大小。除了小平面方案中增加了一个波纹之外，二者结果差异很小。 第4章分析方法 1、共形天线阵列具有各种各样的形状，其表面通常是电大尺寸（相对于波长）且凸凹不平，甚至，表面具有棱边或其他不连续性边，有时还覆盖一层介质，总之共形天线表面结构非常复杂。 2、阵列分析中的重要一环是分析辐射单元之间的互耦和单元的辐射方向图（孤立单元的和/或嵌入阵列的）。因此共形阵列的分析重点是获得共形表面的电磁场和任意复杂的共形天线的远场方向图。
微带天线设计
微带天线设计 天线大体可分为线天线和口径天线两类。 移动通信用的VHF 、UHF 天线，大多是以对称振 子为基础而发展的各种型式的线天线，卫星地面站接收卫星信号大多用抛物面天线（口径 天线）。 天线的特征与天线的形状、大小及构成材料有关。天线的大小一般以天线发射或接收电磁波的波长l 来计量。因为工作于波长l = 2m 的长为1m 的偶极子天线的辐射特性与工作于波长l = 2cm 的长为1cm 的偶极子天线是相同的。 与天线方向性有关参数：方向性函数或方向图 离开天线一定距离处，描述天线辐射的电磁场强度在空间的相对分布的数学表达式，称为天线的方向性函数； 把方向性函数用图形表示出来，就是方向图。 最大辐射波束通常称为方向图的主瓣。主瓣旁边的几个小的波束叫旁瓣。 为了方便对各种天线的方向图进行比较，就需要规定一些表示方向图特性的参数，这些参数有： 1．天线增益G （或方向性GD ）、波束宽度（或主瓣宽度）、旁瓣电平等。 2．天线效率 3．极化特性 4．频带宽度 5．输入阻抗
天线增益是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度。它是被研究天线在最大辐射方向的辐射强度与被研究天线具有同等输入功率的各向同性天线在同一点所产生的最大辐射强度之比。 天线方向性GD与天线增益G类似但与天线增益定义略有不同。 因为天线总有损耗，天线辐射功率比馈入功率总要小一些，所以天线增益总要比天线方向性小一些。 理想天线能把全部馈入天线的功率限制在某一立体角ΩB内辐射出去，且在ΩB立体角内均匀分布。这种情况下天线增益与天线方向性相等。 理想的天线辐射波束立体角ΩB及波束宽度θB 实际天线的辐射功率有时并不限制在一个波束中，在一个波束内也非均匀分布。在波束中心辐射强度最大，偏离波束中心，辐射强度减小。辐射强度减小到3db时的立体角即定义为ΩB。波束宽度θB与立体角ΩB关系为 旁瓣电平
微带天线设计(DIY资料)
微带天线设计(DIY资料) 天线大体可分为线天线和口径天线两类。移动通信用的VHF、UHF天线，大多是以对称振子为基础而发展的各种型式的线天线，卫星地面站接收卫星信号大多用抛物面天线（口径天线）。 天线的特征与天线的形状、大小及构成材料有关。天线的大小一般以天线发射或接收电磁波的波长l来计量。因为工作于波长l = 2m的长为1m的偶极子天线的辐射特性与工作于波长l = 2cm的长为1cm的偶极子天线是相同的。 与天线方向性有关参数：方向性函数或方向图离开天线一定距离处，描述天线辐射的电磁场强度在空间的相对分布的数学表达式，称为天线的方向性函数；把方向性函数用图形表示出来，就是方向图。最大辐射波束通常称为方向图的主瓣。主瓣旁边的几个小的波束叫旁瓣。为了方便对各种天线的方向图进行比较，就需要规定一些表示方向图特性的参数，这些参数有： 1．天线增益G（或方向性GD）、波束宽度（或主瓣宽度）、旁瓣电平等。 2．天线效率 3．极化特性 4．频带宽度 5．输入阻抗 天线增益是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度。它是被研究天线在最大辐射方向的辐射强度与被研究天线具有同等输入功率的各向同性天线在同一点所产生的最大辐射强度之比。 天线方向性GD与天线增益G类似但与天线增益定义略有不同。
因为天线总有损耗，天线辐射功率比馈入功率总要小一些，所以天线增益总要比天线方向性小一些。 理想天线能把全部馈入天线的功率限制在某一立体角ΩB内辐射出去，且在ΩB立体角内均匀分布。这种情况下天线增益与天线方向性相等。 理想的天线辐射波束立体角ΩB及波束宽度θB 实际天线的辐射功率有时并不限制在一个波束中，在一个波束内也非均匀分布。在波束中心辐射强度最大，偏离波束中心，辐射强度减小。辐射强度减小到3db时的立体角即定义为ΩB。波束宽度θB与立体角ΩB关系为 旁瓣电平 旁瓣电平是指主瓣最近且电平最高的。第一旁瓣电平，一般以分贝表示。方向图的旁瓣区一般是不需要辐射的区域，其电平应尽可能的低。天线效率ηA定义为： 式中，Pi为输入功率；P1为欧姆损耗；PΣ为辐射功率。 天线的辐射电阻RΣ用来度量天线辐射功率的能力，它是一个虚拟的量，定义如下：设有一个电阻RΣ，当通过它的电流等于天线上的最大电流时，其损耗的功率就等于辐射功率。显然，辐射电阻越大，天线的辐射能力越强。由上述定义得辐射电阻与辐射功率的关系为 即辐射电阻为 仿照引入辐射电阻的办法，损耗电阻R1为 将上述两式代入效率公式，得天线效率为