【正文】 班 班級 021114 學(xué)學(xué)號 02111362本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題 目 圓環(huán)陣列天線結(jié)構(gòu)研究 學(xué) 院 電子工程學(xué)院 專 業(yè) 電磁場與無線技術(shù) 學(xué)生姓名 導(dǎo)師姓名 Error! No text of specified style in document.摘 要在移動通信技術(shù)被廣泛應(yīng)用的今天，陣列的處理技術(shù)也得到了極大的發(fā)展，以此形成了智能天線的研究領(lǐng)域。在移動通信技術(shù)發(fā)展中，以自適應(yīng)陣列天線為代表的智能天線已成為最活躍的研究領(lǐng)域之一。自適應(yīng)陣列天線中最常見的兩種陣列分別是線性陣列和圓形陣列，其中線陣只能有180176。的掃描范圍，而圓形陣列卻可以提供360176。的方位角，通過循環(huán)移動陣列激勵，陣列能簡單且靈活的操縱波束方位，從而獲得理想的空間定向波束，使天線主波束對準(zhǔn)用戶信號到達(dá)的方向，旁瓣和零陷對準(zhǔn)干擾信號到達(dá)的方向，達(dá)到充分高效的利用用戶信號和刪除或抑制干擾信號。本文主要分析了圓環(huán)陣列的性能，在此基礎(chǔ)上對幾種圓環(huán)陣列的陣型進(jìn)行仿真和分析，探究了幾個(gè)圓環(huán)陣的參數(shù)對整個(gè)圓環(huán)陣天線性能的影響。關(guān)鍵字：陣列天線 對稱振子 方向圖 圓環(huán)陣列 ABSTRACTToday, mobile munication technology is widely used, and the technology of array processing has been greatly developed, forming the research area of smart antenna. In the process of the development of mobile munication technology, the smart antenna which is represented by the adaptive array antenna has bee one of the most active research areas.The two most mon array adaptive array antenna are linear array and circular array, the linear array can only have a scanning range of 180 degrees, while the circular array can provide 360 degree azimuth angle, By circulated moving array incentives, the beam azimuth of array can be simple and easily controlled, in order to obtain the ideal space directional beam , and to make the main beam of the antenna point at the direction of the user signal arrival ,and to let the side lobe and zero notch alignment interference signal arrival, to achieve full and efficient using of user signal and removing or suppressing interference signals. This paper mainly analyzes the performance of the circular array, on that basis, we simulate and analyze several kinds of ring arrays, and explore several important parameters that have an effect on performance of the loop array antennas.Key words: array antenna dipole pattern the ring array Error! No text of specified style in document. i目 錄第一章 緒論 1 1 1 使用軟件介紹 2 本文主要內(nèi)容及文章結(jié)構(gòu)安排 4 本章小結(jié) 4第二章 陣列天線基本原理 5 5 5 7第三章 直線陣列和圓形陣列 9 9 均勻N元直線 9 均勻N元直線陣的方向性系數(shù) 13 14 15 16 17 最小均方誤差(MMSE)準(zhǔn)則 17 最大信噪比(MSNR)準(zhǔn)則 18 19 20第四章 圓環(huán)陣列結(jié)構(gòu)的研究與仿真 21 圓環(huán)陣陣元設(shè)計(jì) 21 圓環(huán)陣列的要求 21 22： 22： 22： 26 26 陣列設(shè)計(jì)： 26 陣列仿真結(jié)果 27 仿真結(jié)果分析： 30 31 陣列設(shè)計(jì)： 32： 32 仿真結(jié)果分析： 34 本章總結(jié) 34第五章 500MHz圓環(huán)陣天線設(shè)計(jì) 35 35 天線仿真結(jié)果 36 波束調(diào)向性能測試 37 本章小結(jié) 38第六章 總結(jié) 39致 謝 41參考文獻(xiàn) 43 Error! No text of specified style in document. 45第一章 緒論現(xiàn)如今，從移動電話個(gè)人通信服務(wù)再到雷達(dá)等各種無線通信系統(tǒng)，智能天線技術(shù)在其中都占有重要地位，智能天線正成為各種無線應(yīng)用性能的重要助手。并且，智能天線領(lǐng)域如今發(fā)展迅速，智能天線技術(shù)的新的無線應(yīng)用的需求正在呈指數(shù)級增長。智能天線在無線應(yīng)用領(lǐng)域和雷達(dá)等遙感領(lǐng)域有著巨大的優(yōu)勢，在無線移動領(lǐng)域中，智能天線可以通過讓窄帶波束指向期望的方向，讓零點(diǎn)對準(zhǔn)其他不需要的用戶，從而提供更高的系統(tǒng)容量。這就允許信噪比更高、功率電平更低，允許同一小區(qū)頻率復(fù)用因子更高。這一概念被稱為空分多址（Space Division Access，SDMA）。在美國，大多數(shù)基站將每一個(gè)小區(qū)劃分為3個(gè)120176。的扇區(qū)，這使得單個(gè)小區(qū)中系統(tǒng)容量潛在地提高了3倍，因?yàn)樵?個(gè)扇區(qū)中每個(gè)扇區(qū)的用戶都可以共享相同的頻譜資源。大多數(shù)基站都可以修改成為每個(gè)扇區(qū)都包含有智能天線。這樣，120176。的扇區(qū)能夠進(jìn)一步劃分。從而能夠進(jìn)一步降低功耗電平，并且獲得更高的系統(tǒng)容量和更大的寬帶[1]。智能天線包括射頻天線陣列部分和信號處理部分，其中信號處理部分根據(jù)通信情況的信息，實(shí)時(shí)地控制天線陣列的接受和發(fā)送特性。把具有相同極化特性、各向同性及增益相同的天線陣元，按一定的方式排列，構(gòu)成天線陣列。天線陣列的陣元排列方式可以是任意的，通常是按直線等距、圓周等距或平面等距片排列，其間距一般取工作波長的一半，并取向相同。智能天線系統(tǒng)是由天線陣列、陣列形狀、模數(shù)轉(zhuǎn)換等幾部分組成[2]。因此，對于智能天線陣列的結(jié)構(gòu)研究依然是十分重要的。本文對圓環(huán)陣列結(jié)構(gòu)做了研究，并探究了幾種對圓環(huán)陣列結(jié)構(gòu)影響的因素。雖然智能天線的概念早在20世紀(jì)50年代后期就已經(jīng)存在，最初被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納及軍事通信領(lǐng)域，由于價(jià)格和技術(shù)等因素一直未能普及到其他領(lǐng)域。在早期，因?yàn)樽赃m應(yīng)算法通常是用模擬器件來實(shí)現(xiàn)的，所以早期的智能天線或自適應(yīng)天線能力有限。直至近年來，現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)發(fā)展迅速，數(shù)字信號處理芯片能力不斷提高。分辨率從8比特到24比特，采樣率達(dá)到20千兆采樣每秒（GSa/s）的ADC現(xiàn)已成為現(xiàn)實(shí)。隨著時(shí)間的推移，超導(dǎo)數(shù)模轉(zhuǎn)換器將能以100GSa/s的速率對數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣。這使得大多數(shù)射頻（RF）信號的直接數(shù)字化在許多無線應(yīng)用中成為可能。至少，在較高的射頻頻率應(yīng)用中，ADC能用于中頻頻率。這使得大部分的信號處理在接受機(jī)前端附近用軟件定義。另外，采用現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Arrays，F(xiàn)PGA），能實(shí)現(xiàn)DSP的高速并行處理。目前商用FPGA的運(yùn)算數(shù)度可高達(dá)2560億次乘加/秒（Billion Multiply ACumulates per Second ，BMACS）。這樣，隨著數(shù)字技術(shù)的不斷以指數(shù)級增長，智能天線集成化帶來的優(yōu)勢就會繼續(xù)繁榮下去[3]。1998年中國郵電電信科學(xué)技術(shù)研究學(xué)院代表我國電信主管部門向國際電聯(lián)提交的TDSCDMA建議和成為國際第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)之一的COMDA TDD技術(shù)，就是第一次提出以智能天線為核心技術(shù)CDMA通信系統(tǒng)，在國內(nèi)外獲得了廣泛的認(rèn)可和支持，并已制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。在學(xué)術(shù)界，國內(nèi)一些大學(xué)如清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)、上海交通大學(xué)、電子科技大學(xué)、西安交通大學(xué)和西安電子科技大學(xué)的也展開了智能天線技術(shù)方面的研究工作。國家“八六三”、國家自然科學(xué)基金、博士點(diǎn)基金等也相應(yīng)支持有關(guān)單位進(jìn)行理論與技術(shù)平臺的研究[4]。在電信領(lǐng)域的支出方面，2006年，美國計(jì)劃投資已超過1370億美元。全球的電信支出正在迅速逼近3萬億美元[5]。 使用軟件介紹，在這里先對FEKO進(jìn)行簡單的介紹。FEKO軟件是針對天線設(shè)計(jì)、電磁兼容性分析與天線布局而開發(fā)的專業(yè)電磁場分析軟件，從嚴(yán)格地采用電磁場積分方程，以經(jīng)典的矩量法為基礎(chǔ)，使用了多層快速多級子算法在保持精度的前提下大大提高了計(jì)算效率，與此同時(shí)將矩量法與經(jīng)典的高頻分析方法（物理光學(xué)，一致性繞射理論）進(jìn)行結(jié)合，從而非常適合于分析天線設(shè)計(jì)、雷達(dá)散射截面（RCS）、開域輻射、電磁兼容等各類電磁場分析問題。，能更精確的處理生物體吸收率、多層電介質(zhì)（如多層介質(zhì)雷達(dá)罩）的問題。通常Feko處理問題的方法是：對于電小結(jié)構(gòu)的天線等電磁場問題，F(xiàn)EKO采用完全的矩量法進(jìn)行分析，保證了結(jié)果的高精度。對于具有電小與電大尺寸混合的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)EKO既可以采用高效的基于矩量法的多層快速多極子法，又可以將問題分解后選用合適的混合方法（如用矩量法、多層快速多級子分析電小結(jié)構(gòu)部分，而用高頻方法分析電大結(jié)構(gòu)部分），從而保證了高精度和高效率的完美結(jié)合，因此在處理電大尺寸問題如天線設(shè)計(jì)、RCS計(jì)算等方面，其速度和精度均無以倫比。采用以上的技術(shù)路線，F(xiàn)eko可以針對不同的具體問題選取不同的方法來進(jìn)行快速精確的仿真分析，使得應(yīng)用更加靈活，適用范圍更廣泛，突破了單一數(shù)值計(jì)算方法只能局限于某一類電磁問題的限制。由于Feko基于嚴(yán)格的積分方程，因此它不需要建立吸收邊界條件，沒有數(shù)值色散誤差，在計(jì)算電大尺寸問題時(shí)不會因尺寸增加而誤差增大。而且，F(xiàn)eko支持工程中的各種激勵、模式，可以構(gòu)建任意結(jié)構(gòu)、材料的模型，根據(jù)用戶要求可以考慮多種不同層面的問題。除了計(jì)算內(nèi)核的高效率和強(qiáng)大的功能外，F(xiàn)eko還具有友好的用戶界面、完善的前后處理功能以及良好的接口兼容性。F