【正文】 ................................................................................... 15 1 智能天線 在移動(dòng)通信中的應(yīng)用 1 緒論 現(xiàn)代信息技術(shù)的諸多領(lǐng)域幾乎全部涉及到電磁場(chǎng)和電磁波理論。智能天線技術(shù)給移動(dòng)通信帶來了福音，它最初應(yīng)用于軍事、雷達(dá)等方面，它是一種具有波束形成能力的天線陣列，能夠產(chǎn) 生空間的定向波束，這樣可以使天線的主波束即主瓣對(duì)準(zhǔn)期望用戶信號(hào)到達(dá)方向，同時(shí)也能使旁瓣或零陷對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)到達(dá)的方向，以此使智能天線具有充分利用移動(dòng)用戶信號(hào)，而且能夠有效的抑制或刪除干擾信號(hào)的性能。隨著無線電技術(shù)的迅速發(fā)展和提高以及信息處理技術(shù)的互相聯(lián)合，使得多波束自適應(yīng)算法的改進(jìn)將是今后的研究課題，也是其核心技術(shù)。按照移動(dòng)通信的設(shè)備分類，包括蜂窩狀移動(dòng)電話、公用無繩電話、移動(dòng)通信衛(wèi)星、移動(dòng)數(shù)據(jù)通信、 2 無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙傳遞信息等。 傳統(tǒng)的天線 蜂窩系統(tǒng)的性能和容量已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代通信的需求，其主要原因是由于信號(hào)的干擾所造成的，而最通常的干擾有同信道干擾和相鄰信道干擾，如在同一小區(qū)內(nèi)用戶數(shù)的中增加意味著每一個(gè)移動(dòng)用戶的同信道干擾的增加和 信干比的下降。電磁波輻射系統(tǒng)最簡(jiǎn)單的形式電偶極子和磁偶極子。 時(shí)變場(chǎng)的滯后位 動(dòng)態(tài)場(chǎng)中引入的標(biāo)量位和矢量位是滯后位，即它們的值是由此時(shí)刻以前的源決定的，滯后的時(shí)間是電磁波傳播從源點(diǎn)到場(chǎng)點(diǎn)所需的時(shí)間。 [1] 4 電偶極子的近區(qū)場(chǎng)和遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng) 近區(qū)場(chǎng) 近區(qū)場(chǎng)是指從源點(diǎn)到場(chǎng)點(diǎn)的距離 r遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，即 r ? ， 2 1kr r??? 。近區(qū)場(chǎng)形成的坡印廷矢量的平均值等于零，即近區(qū)場(chǎng)只存在能量的交換而無能量的傳播，亦為感應(yīng)場(chǎng)。 3 天線的電參數(shù) 天線的作用是發(fā)射或接收電磁波。 [2] 天線方向圖 有關(guān)天線的很多特性如輻射場(chǎng)的振幅、相位、極化等都是與方向有關(guān)的，天線的方向性主要是指場(chǎng)振幅隨方向的變化。 [3] 根據(jù)方向性函數(shù)所描繪出的圖形稱為天線的方向圖；表示輻射 （或接收）場(chǎng)強(qiáng)振幅方向特性的稱為場(chǎng)強(qiáng)振幅方向圖；表示輻射（或接收）功率方向特性的稱為相位方向圖，表示極化特性的稱為極化方向圖。如圖 31所示， 主瓣寬度越小說明天線輻射能量越 集中（或接收能力越強(qiáng)），定向作用或方向性越強(qiáng)。所以通信系統(tǒng)為了獲得良好的性能需要對(duì)旁瓣的峰值加以限制。 對(duì)于接收天線來說，方向性系數(shù)表征天線從空間接收電磁能量的能力，其定義式為 0( , )( , ) rrpD p???? ? (34) 其中 ( , )rp ?? 為天線在某方向接收時(shí)向負(fù)載輸出的功率， 0rp 為點(diǎn)源天線在該方向向負(fù)載輸出的功率。天線周圍介質(zhì)，都會(huì)產(chǎn)生熱輻射。 [3] 當(dāng)天線用做接收天線時(shí)，天線的品質(zhì)因數(shù)定義為 峰 值 增 益天 線 的 噪 聲 溫 度aGT ? (38) 4 智能天線 智能天線原理 圖 41智能天線下的信號(hào)工作波束 8 智能天線，顧名思義它是一種智能化的天線形式，它的智能化體現(xiàn)在自適應(yīng)上，這種自適應(yīng)的天線陣列由多個(gè)天線單元組成，每一個(gè)天線后 都 接一個(gè)加權(quán)器，而智能的真正含義是指這些加權(quán)系數(shù)可以適當(dāng)?shù)母淖?、自適應(yīng)調(diào)整。這樣既可以提高天線的增益，又可以減少信號(hào)發(fā)射的功率，從而能夠 大 大的提高基站的覆蓋率。 下圖 42 所示 為一個(gè)典型的智能天線接收系統(tǒng)。構(gòu)成陣列的陣元可按任意方式排列，各天線陣元間距一般取半個(gè)波長(zhǎng)，并且取向相同；因?yàn)殛囋g距過大會(huì)是接收信號(hào)彼此相關(guān)程度降低，大小則會(huì)在方向圖上形成不必要的旁瓣。為了能夠調(diào)節(jié)天線方向圖以滿足工作的需要，所以要在每一個(gè)天線陣元的輸出端加上權(quán)因子控制器 ,因 為用它可以調(diào)節(jié)每 個(gè)陣元輸出信號(hào)的幅度和相位，所以能夠?qū)崿F(xiàn)改天線陣的方向圖的目的。 圖 43智能 天線接收信號(hào)的原理 10 如圖 43 所示 ，智能天線上的 每個(gè)天線陣元 的輸出 端 都加上了 一個(gè)加權(quán) 因子控制器 ，產(chǎn)生加權(quán)系數(shù)，得到的 所有的加權(quán)系數(shù) 整 合在一起構(gòu)成 了 陣列加權(quán)矢量。mna k a f f?? ? ? ? ? (41) 其中 , 2k ??? k 取 2a ?? ，0 2???， 2n nf N?? = 4n? 則有 ? ?0cosmna f f??? (42) 當(dāng) ma 表示智能天線接收處在與 基站為 0f 方向的移動(dòng)臺(tái)發(fā)信號(hào)時(shí) , 第 n 個(gè)陣元電流的內(nèi)在或固有相位 ,當(dāng)存在多個(gè)方向的接收信號(hào)時(shí) ,則有多個(gè) ma 。 智能天線主要是利用各陣元接收信號(hào)之間的相關(guān)性與來波信號(hào)空間特征的關(guān)系進(jìn)行信號(hào)的接收或發(fā)送 。對(duì)于一般的移動(dòng)通信系統(tǒng)，其無線定位方案主要是小區(qū)定位，通過不同基站觀測(cè)時(shí)間差進(jìn)行定位。我們暫時(shí)考慮二維情況。則只要知道了空間陣元間的相位差，就可以求出入射信號(hào)的方位角和俯仰角等參數(shù)。衡量各自適應(yīng)算法的因素有一下幾個(gè)方面： （ 1） 收斂速度。 （ 3） 穩(wěn)健性。 12 非盲算法和盲算法各自有其優(yōu)劣點(diǎn)，盲算法更多的利用了所需信號(hào)， 而 非算法比盲算法擁有更好的性能，包括更好的收斂速度、更簡(jiǎn)單的計(jì)算復(fù)雜程度等。 [9] 從公式中可以得到權(quán)值和訓(xùn)練序列之間相互交替更新的機(jī)理。 [11] 英國(guó)研究人員最新發(fā)明一種智能天線，天線的外形就像一把雨傘，可以改變形狀。 現(xiàn)代科技發(fā)展的越來越快，功能強(qiáng)大的便攜式計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理以及多媒體終端的廣泛應(yīng)用，無線局域網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而 生。但是 自適應(yīng)過程實(shí)現(xiàn)中影響因素復(fù)雜，因此到目前為止，智能天線技術(shù)還沒有完全實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上 ， 需要做出進(jìn)一步的努力。 而智能天線技術(shù)的引入，在更高的層次上提高系統(tǒng)對(duì)于無線頻譜的利用率，成了當(dāng)前研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。 14 參考文獻(xiàn) [1]張昕 .電磁場(chǎng)與電磁波 [M].哈爾濱工程大學(xué)出版社， 2020： 3643 [2]劉英 .移動(dòng)通信系統(tǒng)中的天線 [M].電子工業(yè)出版社， 2020： 1527 [3]劉鳴 .智能天線技術(shù)與應(yīng)用 [M].機(jī)械工業(yè)出版社， 2020： 167171 [4]梁燦彬 .電磁學(xué) [M].高等教育出版社， 2020： 243249 [5]張寶育 .智能天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其自適應(yīng)算法的研究，學(xué)位論文 .2020： 14 [6]康行建 .天線原理與設(shè)計(jì) [M].北京國(guó)防工業(yè)出版社 . 1995： 309320 [7]金粱 ,殷勤業(yè) .時(shí)空 DOA矩陣方法 [J]．電子學(xué)報(bào)， 2020： 28 [8]吳偉陵 .移動(dòng)通信中的關(guān)鍵技術(shù) [M].北京郵電大學(xué)出版社 .2020： 7783 [9]沈建鋒 ,王宗欣 .智能天線中新的波束形成方法 [J].電子學(xué)報(bào) , 2020（ 3） : 373376. [10]吳立早 .智能天線的現(xiàn)狀及其相關(guān)技術(shù)綜述 .期刊論文， 2020： 2835 [11]李小強(qiáng) ,胡健棟 .未來移動(dòng)通信中的智能天線技術(shù) [J].1999： 28 15 致 謝 美好而又短暫的大學(xué)時(shí)光轉(zhuǎn)眼間就要結(jié)束了，而我 的 畢業(yè)論文也將完成告一段落了。 感謝我的家人對(duì)我學(xué)業(yè)的支持和培養(yǎng)， 也是你們?cè)诿悦：屠Щ蟮臅r(shí)候給我勇氣和信心，讓我能夠堅(jiān)強(qiáng)的面對(duì)挫折