【正文】 .................................. 7 智能天線原理 ................................................................................................................... 7 智能天線系統(tǒng) ................................................................................................................... 8 智能天線在實(shí)際中的應(yīng)用及不足 ................................................................................. 12 總結(jié) ..................................................................................................................... 13 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................... 14 致 謝 ........................................................................................................................................... 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。移動(dòng)通信無(wú)疑是與人們的生活關(guān)系最密切的領(lǐng)域之一，而天線是移動(dòng)通信中最關(guān)鍵的部分。智能天線技術(shù)給移動(dòng)通信帶來(lái)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。由于多波束天線技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，目前智能天線已經(jīng)成為移動(dòng)通信領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)都開(kāi)展智能天線方面的研究開(kāi)發(fā)，如美國(guó)斯坦福大學(xué)、瑞典皇家工學(xué)院以及 索愛(ài)、諾基亞公司等。隨著無(wú)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)。大唐電信信威公司研究開(kāi)發(fā)的 TDSCDMA系統(tǒng)將智能天線應(yīng)用于時(shí)分雙工 (TDD)方式的 WLL 系統(tǒng)中，是國(guó)際上第一個(gè)使用智能天線系統(tǒng)的 公司 。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(wú)繩電話、移動(dòng)通信衛(wèi)星、移動(dòng)數(shù)據(jù)通信、 2 無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙傳遞信息等。一方面要通信盲區(qū)不斷的縮減 ，電磁波的傳播過(guò)程中由于多方面的原 因如地形復(fù)雜造成了通信中信道的衰落，如路徑損耗、陰影衰落等是通信質(zhì)量受到嚴(yán)重的影響。 傳統(tǒng)的天線 蜂窩系統(tǒng)的性能和容量已經(jīng)無(wú)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。 2 天線的電磁波理論 電磁波輻射 電磁波輻射是一種攜帶能量的電磁波向遠(yuǎn)處傳播出去而不再返回波源的現(xiàn)象。電磁波輻射系統(tǒng)最簡(jiǎn)單的形式電偶極子和磁偶極子。由于電偶極子是一端孤立的電流元，隨著電流的流動(dòng)性在其兩端必然出現(xiàn)等值異性的電荷，一端為 +q，另一端則為 q，其電荷量的大小及正負(fù)都隨時(shí)間變化，而實(shí)際的天線看作是無(wú)數(shù)的這種電偶極子的連接。 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。下面給 3 出滯后位給出簡(jiǎn)單的推導(dǎo)。 [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??? 。即 rE 、 E? 與 H? 相差一個(gè)因子 j 。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(wú)能量的傳播，亦為感應(yīng)場(chǎng)。其電場(chǎng)、磁場(chǎng)的表示式為 sin2 jk rIdl kE j er? ?? ?? ?? （ 212） sin2 jk rIdlH j er? ?? ?? （ 213） 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)明顯的特點(diǎn)是電場(chǎng)強(qiáng)度 E? 與磁場(chǎng)強(qiáng)度 H? 的時(shí)間相位相同。 3 天線的電參數(shù) 天線的作用是發(fā)射或接收電磁波。根據(jù)互易原理，同一副天線用作發(fā)射和接收時(shí)，其特性參數(shù)是相同的，只是具體含義有所不同。 [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。 將天線置于球坐標(biāo)系中，由于天線的定向輻射（接收）作用，它在距離 r的球面上各 5 點(diǎn)的輻射 （接收）強(qiáng)度是不相同的，即是角坐標(biāo) ? ?,?? 的函數(shù)，可寫(xiě)為 ( , )E Af ??? ，其中A為比例系數(shù) 。 [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。 圖 31 天線方向圖 主瓣寬度 主瓣寬度是強(qiáng)方向性天線最重要的參數(shù)之一，一般是指半功率主瓣寬度（ 3dB 寬度）。如圖 31所示， 主瓣寬度越小說(shuō)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)。如圖 31 所示，這些能量電平低于主瓣， 即天線方向圖主瓣兩旁的小波瓣叫做旁瓣，也叫副瓣。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。 如圖 31 所示的天線的方向圖，智能天線系統(tǒng)的主要目的是使用戶期望的信號(hào)盡最大可能到達(dá)主瓣上，并使主瓣寬度盡量小，使干擾的信號(hào)盡量到達(dá)副瓣上。 對(duì)于接收天線來(lái)說(shuō)，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。 一般情況下，在方向 k 上的天線的全極化增益表示為 24( ) ( )nG k A kp?? (35) 7 在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用峰值增益的定義，即以 ?k 為自變量， ()Gk的最大值稱為峰值增益。天線周圍介質(zhì)，都會(huì)產(chǎn)生熱輻射。 對(duì)于一個(gè)高分辨的天線，影響它發(fā)現(xiàn)較弱信號(hào)的主要因素是天線噪聲。 [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)