通信天线与馈电系统课件.ppt

1、通信天线与馈电系统通信天线与馈电系统北航北航205主讲：张岩主讲：张岩 Email:通信天线与馈电系统通信天线与馈电系统第六讲第六讲阵列天线阵列天线阵列天线阵列天线直线阵列直线阵列平面阵列平面阵列通信系统中的阵列天线通信系统中的阵列天线直线阵列直线阵列均匀线阵直线阵列直线阵列n个辐射源均匀分布在z轴上，单元的位置坐标为 ，i=0,1,2,n-1激励相位为可得对于等幅阵列idzi0cosikdi10coscos0nijikdieIS10coscos0nijikdeS直线阵列直线阵列利用等比级数求和公式，简化上式并取绝对值得00coscos21sincoscos2sinkdkdnS直线阵列直线阵列

2、n=4泰勒线阵泰勒线阵线源激励计算线源激励计算线源激励幅度的分布为11)cos()(21)(imnimpmSpIimimiAmmimiimmSiin,00,)21(1)!1()!1()!1(0,1)(1122222泰勒线阵泰勒线阵线源激励计算线源激励计算其中：为偶数阵元数为奇数阵元数NNLidNNiLdip12,2,1,0i,)12(21,2,1,0,222)21(iAi)(cosh101RA2122Ai泰勒线阵泰勒线阵比较（等幅）比较（等幅）泰勒线阵泰勒线阵比较（泰勒分布）比较（泰勒分布）平面阵列平面阵列泰勒矩形阵泰勒矩形阵矩形阵的分布为两个轴方向上的一维分布合成。这里的一维分布按泰勒分布，

3、其x轴方向，y轴方向分别为：112cos)(211imxxxLmmSLI112cos)(211imyyyLmmSLI泰勒矩形阵泰勒矩形阵其中:2M为x轴向（E面）单元数目（网格数）2N为y轴向（H面）单元数目（网格数）gxMLgyNL泰勒矩形阵泰勒矩形阵imimiAmmimiimmSiin00)21(1)!1()!1()!1(01)(1122222xxRA01cosh1yyRA01cosh1泰勒矩形阵泰勒矩形阵 分别为x方向、y方向要求的副瓣电平 取整4（保证 ）)05.0(010 xSbxR)05.0(010ySbyRxSbySb22)21(iAi2122Ai1.1平面阵列平面阵列泰勒圆形阵

4、泰勒圆形阵泰勒圆形阵圆形阵泰勒口面分布为 ，其中：，0101)()(jjjJBRIRPRP,0泰勒圆形阵泰勒圆形阵 为零阶第一类贝塞尔函数njjnjJuBnjnnnjjnjj001011112111021 xJ0泰勒圆形阵泰勒圆形阵 满足下式 ,Sb为要求的副瓣电平 j1011jJ1,1,0nj2221nAun01cosh1RA)05.0(010SbR泰勒圆形阵泰勒圆形阵 取整622121nAn21342An泰勒圆形阵泰勒圆形阵其中：1010njmnjjmnPJBIRPmnmn2122212212DnDmmn矩形阵与圆形阵比较（矩形阵与圆形阵比较（E面）面）矩形阵与圆形阵比较（矩形阵与圆形阵比

5、较（H面）面）智能天线智能天线智能天线的概念是90年代初提出的。智能天线技术是在微波技术、自动控制理论、自适应天线技术、数字信号处理（DSP）技术和软件无线电技术等多学科基础上综合发展而成的一门新技术。它之所以受到人们的普遍重视，是由于它具有自动地适应环境变化，增强系统有用信号的检测能力，优化天线方向图，并能有效地跟踪有用信号，抑制和消除干扰及噪声，而保持系统性能在某种准则下最佳的缘故。智能天线智能天线智能天线的特点是能够通过其自身的反馈控制系统以较低的代价换的天线覆盖范围、系统容量和频谱效率、业务质量和抗阻塞等性能的提高。智能天线智能天线智能天线，即具有一定程度智能性的自适应天线，自适应天线

6、阵能够在干扰方向未知的情况下，自动调节阵列中的各个阵元的信号加权值的大小，使阵列天线方向图的零点对准干扰方向而抑制干扰，即使在干扰和信号同频率的情况下，也能成功的抑制干扰。如果天线的阵元数增加，还可以增加零点来同时抑制不同方向上的几个干扰。智能天线智能天线智能天线智能天线对于来自（，）方向的入射平面波，入射在阵元m和原点参考阵元的信号分量间的相位差为一般来说，构成阵列的阵元可按任意方式排列；但通常这些相似的共极化、低增益阵元是按直线等距、圆周等距或平面等距排列的，并且取向相同。cossinsinsincosmmmmmzyxd智能天线智能天线智能天线智能天线智能天线的分类智能天线的分类按扩容原理

7、分类：1.软容量的扩容。如CDMA系统，在这类系统中，由于可用信道足够多，系统的容量决定于系统的信噪比。利用智能天线的抗多径干扰的能力，可提高系统的信噪比，对于给定的信噪比门限值，采用智能天线的系统可以容纳更多的用户，达到扩容的目的。智能天线的分类智能天线的分类硬容量的扩充。如FDMA、TDMA等系统，在这类系统中智能天线利用其空间分集的能力，使空间角度不同的多用户使用同一传统信道（频分信道、时分信道）。硬容量扩充实际是将一个传统信道再分为若干个空分信道，从而成倍地提高系统容量。自由空间传播模型自由空间传播模型用于预测接收机和发射机之间是完全无阻挡的视距路径时的接收信号场强。卫星通信系统和微波

8、视距无线链路是典型的自由空间传播。与大多数大尺度无线电波传播模型类似，自由空间模型预测接收功率的衰减为TR距离的函数（幂函数）。自由空间传播模型自由空间传播模型自由空间中距发射机d处天线的接收功率，由Friis自由空间链路方程（Friis Free Space Link Equation）给出：其中Pt是发射功率；Pr(d)是接收功率，为T-R距离的函数；Gt是发射天线的增益；Gr是接收天线的增益；d是T-R间距离；L是与传播无关的系统损耗因子；是波长。LdGGPdPrttr2224自由空间传播模型自由空间传播模型天线增益与它的有效截面有关，即：有效截面Ae与天线的物理尺寸相关，则与载频相关。综合损耗L（L=1）通常归因于传输线衰减、滤波损耗和天线损耗，L=1则表明系统硬件中无损耗。24eAG 自由空间传播模型自由空间传播模型Friis自由空间模型仅当d为发射天线远场值时适用。天线的远场或Fraunhofer区定义为超过远场距离df的地区，df与发射天线截面的最大线性尺寸和载波波长有关。Fraunhofer距离为：其中D为天线的最大物理线性尺寸。对于远场地区df必须满足：dfD和df22Ddf