《软件无线电原理与技术》课件-12第8章软件无线电天线1

课堂设计教学内容智能天线概述智能天线基本原理智能天线分类√软件无线电天线概述123

理解智能天线的定义和分类

掌握智能天线的基本原理

了解软件无线电对天线的要求教学目标课堂设计了解我吗，我有后盾？想深交吗，能自适应？认识我吗，我很智能？一起步入我们家族吧！基本原理智能天线技术依据分类“问题剖析式”教学法教学思路与方法认识了解好奇深交认识家族课堂设计天线天线是一个转换器，能够将电能量转换为电磁波。八木天线路由器天线电视天线天线频段功能相对单一参数相对固定使用频带较窄手机基站天线雷达抛物面天线软件无线电天线2.天线的特点射频宽带化射频灵活化1.对天线的要求面对多种多样的射频，不同的应用涉及不同的空中接口；虽然射频信号的频段、带宽、信号强度等均不相同，但却使用同一个天线系统；虽然是模拟信号处理环节的一部分，但也是最希望具有灵活性的环节。软件无线电天线软件无线电天线关注天线自身理论发展关注信号处理理论发展超宽带天线可重配置天线可重构天线阵列智能天线MIMO超宽带天线

什么是超宽带？问题一相对带宽：是工作频带内绝对带宽与中心频率的比值。绝对带宽：是工作频带内最高频率fH与最低频率fL的差。窄带的相对带宽小于1%宽带的相对带宽在1%到25%超宽带的相对带宽大于25%也称为频率无关天线超宽带天线盘锥天线对数周期偶极子阵列天线螺旋天线喇叭天线超宽带天线超宽带偶极子/单极子天线渐变槽线天线超宽带天线优点在很宽的频谱上具有良好的适应性缺点在接收时，窄带天线实际上是接收机的第一级滤波器，但超宽带天线做不到；窄带天线可以防止带外噪声的引入，降低交调互调信号的产生。可重配置天线可重配置天线分为可控开关天线、可变电容天线、可调谐材料天线等。可控开关天线可变电容天线在天线谐振过程中，电容是重要参数，由于电容易于调整，因此电容调谐天线在无线系统中得到极为广泛的应用，常见的接收机几乎均使用电容调谐的方式进行接收。可调谐材料天线这类天线基于可调谐材料，材料具有可调的电、磁或机械特性。天线射频系统的传输频率受控于介电常数和磁导率，频率变化的能力正比于介电常数和磁导率变化的范围。可重配置天线序号可调谐材料可调能力调整方式频率1介电薄膜30%电场调整1-20GHz2介电陶瓷16%电场调整1-10GHz3磁膜15%磁场调整0.3-5GHz4磁性陶瓷3.4%磁场调整7GHz5置换微带25%介质转换3~7GHz6MEMS可调电容80%机械调整0.5~4GHz7电可调电容60%偏压调整10GHz可重配置天线软件无线电天线软件无线电天线关注天线自身理论发展关注信号处理理论发展超宽带天线可重配置天线可重构天线阵列智能天线MIMO可重构多软件无线电互补天线阵列基于波束赋形的智能天线基于空间分集的多输入多输出（MIMO）相同点多天线系统SIMOMISOMIMOSISO1.认识我吗，我很智能？智能天线：是一种天线阵列系统

，它可以通过某种“智能”算法来合并信号以自动地适应不同的信号环境

，表现为对于给定的方向，天线增益可以调整。智能天线技术模拟智能天线技术数字智能天线技术全向天线智能天线空域滤波空分多址2.了解我吗，我有后盾？3.很好奇吗，我很神秘？DOADirectionOfArrivalBFBeamFormingDBF用户1（f1,t1）用户2（f1,t1）发射/接收天线阵列

天线阵列的常见形态

智能天线的优点

容量增加覆盖范围增加有利于消除“远近效应”增强了用户位置估计能力…空域滤波自适应4.想深交吗，能自适应？

反馈控制数字信号处理（1）窄带传输条件：阵元间距足够小，或满足窄带假设条件；阵列延迟<<符号持续时间；（2）到达平面波：接收的信号是若干个平面波或者发射机以及可引起多径分量的物体位于天线阵列的远场；（3）阵元同一无互感：每个阵元有相同的方向图和指向，不考虑阵元之间的互感；（4）阵元输出仅存在相位差，幅度是相同的。

前提假设

均匀直线阵

d

若令第1个阵元为参考阵元，则信号到达第m个阵元相对第1个阵元的时间延迟为：

均匀直线阵相对于波长λ的信号，该时间延迟所造成的相位差为：令：假设第1个阵元接收到的信号为：第m个阵元接收到的信号为：

从u1(t)得到um(t)的依据是什么？问题二窄带传输条件

均匀直线阵

均匀直线阵m个阵元接收到的信号可构成一个矩阵：假设阵元权值也构成一个矩阵：直线阵的总输出为：[]H表示矩阵的共轭转置，wm*表示wm的共轭

均匀直线阵直线阵的总输出为：假设第m个阵元的权值系数为：

均匀直线阵直线阵的总输出为：等比数列求和：天线输出绝对值：当ψd=ψθ时有最大的输出由于：

均匀直线阵只要改变各个阵元的相移就可以改变天线阵的方向性图

一般情况第m个阵元与第1个阵元之间的相移为第m个阵元接收的窄带信号为M个阵元的信号可构成一个列向量

一般情况第m个阵元和第1个阵元的接收信号之比为对于一个波达方向(φ,θ)的平面波，天线阵列的响应表示为：

一般情况M个阵元的信号向量为：取权系数矩阵为：输出为：阵列因子

一般情况智能天线通过对权值向量

的调整来实现将波束对准来波方向，这个过程就是智能天线的赋形。采用权向量进行波束赋形的过程与FIR滤波器的过程非常接近，只不过将过去的时间采样换成了空间采样，因此这个过程也称为空间滤波。

5.一起步入我们家族吧！

5.一起步入我们家族吧！波束切换智能天线自适应阵列智能天线

智能天线接收机

智能天线发射机利用信号之间的相关性基本原理是什么？与智能天线的区别和联系？小结智能天线技术可重构多天线阵列按基本原理MIMO技术阵元间距必须为λ/2以内以获得信号的相关性平坦的郊区乡村环境角度扩展小且用户数少作业题1.某天线阵列有两个阵元，分别如图构成，其中，对同一入射波s(t)，各阵元输出响应之间将只有相位差异而没有幅度差异。取幅度为S，第m个