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本科生畢業論文智能天線在移動通信中的應用(編輯修改稿)

2026-07-25 10:14 本頁面

　

【文章內容簡介】遠區場遠區場指源點到場點的距離遠遠大于波長，即。其電場、磁場的表示式為（212）（213）遠區場明顯的特點是電場強度與磁場強度的時間相位相同。它們形成了功率密度，即遠區場形成向傳播的能量，亦遠區場又稱為輻射場。3 天線的電參數天線的作用是發射或接收電磁波。為了評價一副天線技術性能的優劣，必須規定一些能表征其性能的參數。根據互易原理，同一副天線用作發射和接收時，其特性參數是相同的，只是具體含義有所不同。則下面只選擇其中的一項來定義各參數。[2] 天線方向圖有關天線的很多特性如輻射場的振幅、相位、極化等都是與方向有關的，天線的方向性主要是指場振幅隨方向的變化。方向性函數是描述天線輻射場的大小與方向之間關系的函數，為了便于作圖和比較不同天線的方向性，往往采用歸一化方向圖。將天線置于球坐標系中，由于天線的定向輻射（接收）作用，它在距離r的球面上各點的輻射（接收）強度是不相同的，即是角坐標的函數，可寫為，其中A為比例系數。將其歸一化得（31）其中為方向性函數的最大值。[3]根據方向性函數所描繪出的圖形稱為天線的方向圖；表示輻射（或接收）場強振幅方向特性的稱為場強振幅方向圖；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。工程上為了方便表示，常采用E平面和H平面這兩個相互正交主平面上的剖面圖來描述天線的方向性，亦可采用直角坐標或極坐標。圖31天線方向圖主瓣寬度主瓣寬度是強方向性天線最重要的參數之一，一般是指半功率主瓣寬度（3dB寬度）。即方向圖主瓣上兩個半功率電平點之間的夾角(即場強從最大值降到倍處之間的夾角)。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），定向作用或方向性越強。旁瓣電平沒有一種天線能夠把所有的能量都輻射在一個期望的方向上，一些能量不可避免地向其他方向上輻射。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。旁瓣電平也是天線最主要的指標之一，旁瓣不僅損失能量降低系統效率，還是干擾源之一。所以通信系統為了獲得良好的性能需要對旁瓣的峰值加以限制。通常用分貝表示為（32）因為副瓣方向通常是不需要輻射（或接收）能量的方向，因此天線的副瓣電平越低，表示天線在不需要的方向上輻射的能量越弱，或可以說這些方向上對雜散來波的抑制能力越強。如圖31所示的天線的方向圖，智能天線系統的主要目的是使用戶期望的信號盡最大可能到達主瓣上，并使主瓣寬度盡量小，使干擾的信號盡量到達副瓣上。天線方向系數對于發射天線來說，方向性系數是表征天線輻射能量在空間分布的集中程度的量，其定義式為 (33)其中為輻射強度，為平均輻射強度。對于接收天線來說，方向性系數表征天線從空間接收電磁能量的能力，其定義式為 (34)其中為天線在某方向接收時向負載輸出的功率，為點源天線在該方向向負載輸出的功率。天線增益天線增益是表征天線輻射能量集束程度和能量轉換效率的參量,且天線增益與很多參數有關，如輸入天線的功率、觀察點方向和輻射場的極化都會影響天線的增益。一般情況下，在方向上的天線的全極化增益表示為 (35)在實際應用中，一般采用峰值增益的定義，即以為自變量，的最大值稱為峰值增益。則全極化的峰值增益為 (36) 天線的噪聲溫度天線在接收和處理有用信號時，不可避免地接收的某些干擾信號。天線周圍介質，都會產生熱輻射。熱輻射波被天線接收輸入接收機，成為熱起伏噪聲干擾，成為天線噪聲。對于一個高分辨的天線，影響它發現較弱信號的主要因素是天線噪聲。將終端的噪聲功率記為，則和天線的噪聲溫度之間的關系為 (37)其中為玻耳茲曼常數，為接收系統的帶寬。[3]當天線用做接收天線時，天線的品質因數定義為 (38)4 智能天線智能天線原理圖41智能天線下的信號工作波束智能天線，顧名思義它是一種智能化的天線形式，它的智能化體現在自適應上，這種自適應的天線陣列由多個天線單元組成，每一個天線后都接一個加權器，而智能的真正含義是指這些加權系數可以適當的改變、自適應調整。如圖41所示為智能天線下的信號工作波束。智能天線是具有自適應能力的天線陣列，利用數字信號從而進行處理，產生空間定向的波束，使天線的主波束即主瓣對準期望用戶的方向，使旁瓣對準干擾信號到達方向；從而能夠充分利用移動用戶信號，也能夠達到刪除或抑制干擾信號的目的。智能天線可以自動的測量出用戶的方向，從而使主波束即主瓣指向用戶，以此來實現波束跟隨期望用戶的移動而移動。這樣既可以提高天線的增益，又可以減少信號發射的功率，從而能夠大大的提高基站的覆蓋率。所以說，智能天線是一種天線和周圍的傳播環境與用戶的最佳空間匹配通信。[4] 智能天線系統一個典型的智能天線接收系統主要包括實現空間信號采樣的天線陣、對各個陣元進行加權合并的波束成型網絡、更新合并權值的控制部分。概括的講，智能天線系統由三個部分組成，即天線陣、波束形成網絡以及波束形成的

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