大综合课件天线智能简介

智能天线简介

§1相控阵天线§2智能天线系统§1相控阵天线智能天线是在相控阵天线、自适应天线基础上发展起来的。相控阵、自适应天线的研究在20世纪90年代以前主要集中在军事领域，尤其是雷达领域。进入20世纪90年代后，由于数字技术的进一步发展和移动通信、个人通信的发展需要，提出了智能天线的概念。

相控阵天线（PhasedArrayAntenna）是通过改变阵列中各天线单元的信号相位关系来改变阵列天线方向图的波束指向的天线阵。

相控阵天线有线阵、面阵、圆阵等多种形式，下面以线阵为例介绍其基本原理。设天线阵中各单元的激励电流幅值为，相位为，假定各天线单元方向图为各向同性，则线阵方向性函数为—使天线波束最大值在方向所需的各单元天线之间的相位差，它由各单元的移相器提供。—天线波束的最大值指向；—相邻单元波程差引起的相位差

式中对于均匀（等幅）分布，，设当N较大时，因X很小，近似可得则由上式得天线阵的基本特性。1．波束指向

最大辐射条件是

所以

由可得波束指向辐射场的复相量和2．波瓣宽度

（2）当X=0，即时，就可得天线方向图的最大值。因此，对于某一空间方向θ，只要当馈电电流相位差能弥补波程差引起的相位差，天线阵波束的最大方向就指向θ。结论：（1）改变馈电电流相位差就能改变天线波束最大值的指向。令即

可见，半功率波瓣宽度与天线阵总长度成反比，且随的增加而增大。

于是可得半功率波瓣宽度为令

3．天线波束的零方向于是可求得天线波束的零方向为4．天线波束的副瓣方向

可见，栅瓣方向既与（即）有关，又与阵元间距有关。时出现栅瓣。由上式可得

5．天线波束的栅瓣方向

结论：大部分天线波束特性均与有关，改变可改变波束指向、波瓣宽度、零方向、副瓣方向及栅瓣方向等。且调节可降低副瓣电平，因此，调节复加权系数即可调节天线波束的所有特性，故称为“相控阵”。

§2智能天线系统（SmartAntennaSystem—SAS）

1．智能天线的基本组成智能天线系统由以下几部分组成：

（1）天线阵列部分

（2）模数转换部分

下行时它将模拟信号转换成便于数字信号处理的数字信号；上行时，将处理后的数字信号转换成模拟信号。（3）智能天线的智能体现部分(b)以动态自适应加权网络构成的自适应波束形成网络。(a)以数字信号处理器和自适应算法为核心的自适应数字信号处理器，用来产生自适应的最优权值系数。

主要体现在天线波束在一定范围内能够根据用户的需要和天线传播环境的改变而自适应地进行调整，它由两个主要部分组成：其中2．智能天线的基本原理

假设期望的信号自方向入射，而干扰信号共有M-1个，分别来自其他用户，其中第j个干扰信号为，是从方向入射的，则阵元接收的信号矢量为分别表示期望接收的信号矢量和干扰信号矢量，n(t)为噪声矢量。而为在矢量信道中阵元的响应矢量。对于阵元间距为d的N元直线阵，响应矢量为经过加权后天线阵的输出上式中的三项分别表示：天线阵输出的期望信号、干扰信号和噪声信号n(t)。

如何确定最佳权矢量W，以达到提取期望信号、抑制干扰信号和滤除噪声信号n(t)是需要解决的关键问题。

3．智能天线的特点

（1）智能天线技术是利用信号传输的空间特性以达到抑制干扰、提取信号的目的。（2）接收者可以利用信号与干扰的来波方向的不同，即信号与干扰的空间入射角来区分信号与干扰。这是由于在一般情况下，期望的信号和不希望的干扰往往是来自不同的方向。（3）智能天线所形成的波束可实现空间滤波的作用，它对期望的信号方向具有高增益，而对不希望的干扰信号实现近似零陷作用，以达到抑制和减少干扰的目的。（4）智能天线的波束一般情况下是随着每个用户发出的期望信号的到达方向（最强信号路径）的改变而动态地改变。在移动通信中，至少要求智能天线跟踪变化的速度要大于用户移动及信道快衰落的变化速率，才能起到自适应跟踪用户的目的。（5）在移动通信中，为了使智能天线早日实用化，一般采用了分两步走的方案：准动态予多波束的智能天线和全自适应阵列式自动跟踪用户的智能天线。（6）所谓准动态预多波束的智能天线是指在接收或发送端预先设置了一组N个不同入射角方向的窄波束，再根据接收或发送所判断出的期望信号的来波方向，并根据一定的信号误差准则，在预置的N个窄波束中选取一个最合适的波束，并及时切换至该波束上接收或发送期望信号。（7）所谓全自适应阵列自动跟踪式智能天线，即在接收或发送端利用一组（N个）阵列天线，通过自适应调整加权值，达到形成若干个（M个）自适应波束，同时自动跟踪若干个（M个）用户的目的。这种全自适应型的智能天线，当用户数目较大（M较大）时，特别是在时变多径衰落信道条件下，其实现有相当的难度。目前仍处于探索阶段，但它是智能天线发展的最终目标。

4．结束语

智能天线的基本思想是利用各用户信号空间特征的差异，采用阵列天线技术，根据某个接收准则自动调节各天线阵元的加权向量，达到最佳接收和发射，使得在同一信道上接收和发送多个用户的信号而不互相干扰。

智能天线根据信号的空间特性差异区分信号，它在传统的时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)之外引入了第四种多址方式：空分多址(SDMA)。在未来的第三代移动通信系统（简称3G）中，智能天线将发挥重要作用，我国提出的第三代移动通信系统标准T