如果载波频率为 ,波长为 ,信号 在参考元上感应信号用复数表示为:    信号 在第 个阵元上的感应信号可表示为:    信号 在天线阵上感应的信号用向量表示为:    式中 称为引导向量并可表示为:    设阵元的热噪声向量为:    空间干扰向量为:    则有:    智能天线的核心是波束形成器,而波束形成器的核心是自适应信号处理器。
天线增益是指:在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力,它是选择基站天线最重要的参数之一。把无方向性的半波振子天线(其方向为两个圆)的灵敏度定位0db,相比之下,灵敏度高方向性好的天线就出现了增益。2.换用被测天线,加入相同的功率,在同样的位置上重复上述测试,测得接收功率为P2;
一种抗干扰GPS智能天线系统的设计。本系统开发时在自行设计的天线阵、射频前端、上变频器以及已有的GPS接收机基础上,根据软件无线电的思想,重点设计了高速AD采集部分,多波束形成器,以及数字上变频器部分,在前端将中频信号数字化,之后经数字下变频至基带,在基带对信号完成数字波束赋形和幅相加权,然后对基带数据进行数字正交调制,最后数字上变频至中频信号转成模拟信号,输出到混频器接GPS接收机。
水声定位算法之 CBF波束形成。2)波束成形:进行波束成形处理成形阵列的空间指向性,从而达到对接收信号进行空域滤波的目的,获得空间处理增益,提高信噪比,改善测向的精度。对于时域的波束成形通常有2种方法,相移波束形成和时延波束形成。在基元之间插入相移使波束主极大方向控制于不同方位的方法称为相移波束成形,而插入时延使波束控制于不同方位的方法称为时延波束形成。采用时延波束成形,对接收信号进行滤波处理。
自适应波束形成原理与波束置零仿真。虽然阵列天线每个阵元的方向图是全向的,但输出经过加权求和后,是可以将阵列增益聚集到某一个方向,从而形成一个“波束”。当阵列的波束形成权矢量与到达角匹配时,即阵列指向该方向,阵列的各路输出信号为相干叠加,可达到最大值N。也可以对同样的接收数据用不同的权矢量加权,有效的同时形成不同方向上的波束,也就是同时多波束接收;
在移动通信发展的早期,运营商为节约投资,总是希望用尽可能少的基站覆盖尽可能大的区域,这就意味着用户的信号在到达BTS(基站收发信设备)前可能经历了较长的传播路径,有较大的路径损耗(path loss),为使接收到的有用信号不至于低于门限,要么增加移动台的发射功率、要么增加基站天线的接收增益,由于移动台(特别是手机)的发射功率通常是有限的,真正可行的是增加天线增益,相对而言用智能天线实现较大增益比用单天线容易。
gNB(5G基站)在不同的空间方向上发送m个波束,UE(终端)在n个不同的接收空间方向上监听/扫描来自gNB的波束传输(因此总共有m*n次波束扫描)。如下图所示,一个波束组可以包括8个不同空间方向的波束,UE基于接收到的波束参考信号(Beam Reference Signal)来确定波束索引(波束1-8)。当UE选择完最佳波束后,通过执行随即接入过程将波束质量和波束决策信息上报给基站,以实现UE与gNB之间波束对齐建立定向通信。
在主瓣最大辐射方向两侧,辐射强度降低 3 dB(功率密度降低一半)的两点间的夹角定义为波瓣宽度(又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角)。晶片间距、晶片数量、频率和带宽都会对栅瓣的波幅有很大的影响。在探头孔径近似的情况下,左图中的声束由间距为0.4毫米的6个晶片生成,右图中的声束由间距为1毫米的3个晶片生成。使用特别设计的探头,如:将大晶片分割为较小的晶片,或改变晶片间距,也可以减少不需要的波瓣。
深入解读相控阵与阵列天线。换句话说,相控阵天线的波束图变化是通过计算机控制的,它的天线参数会随着波束扫描角的变化而变化,此外相控阵天线的结构参数也会影响天线的波束方向图形状,(阵元间距、阵元排列形式,馈电系统等参数)相对带宽用相对于中心频率的百分比表示;)窄带天线指(相对带宽小于10%),天线性能会随频率变化而变化,例如微带天线,喇叭天线等;栅瓣会占据天线辐射能量,影响天线增益和效率。
智能天线技术改善频谱使用效率。自适应阵列天线技术是近30年中最先进的无线技术之一,它利用基带数字信号处理技术,产生空间定向波束,使天线主波束即最大增益点对准用户信号到达方向,旁 瓣或零陷对准干扰信号到达方向,从而给有用信号带来最大增益,有效的减少多径效应所带来的影响,同时达到对干扰信号删除和抑制的目的(如图1所示)。自适应阵天线系统采用数字信号处理技术识别用户信号到达方向,并在此方向形成天线主波束。
但是由于传播环境的复杂程度的差异,在城市使用垂直极化方式的天线效果不佳 (电磁波与光波的特性一样会由于环境产生反射,折射等多种行为) 从而在复杂环境使用垂直极化方式,天线的接收性能就会降低,此时 就要采用斜极化天线,一般都为两个方向的斜极化( -45 度),从而 提升天线的接收性能(基站接收手机发射的信号,从而提升基站接收 手机信号的强度,称为极化分集,实现极化增益。)天线方位角即天线的朝向角度(正北顺时针 0-360 度)。
相控阵天线是从阵列天线发展起来的,主要依靠相位变化实现天线波束指向在空间的移动或扫描,亦称电子扫描阵列(ESA)天线。天线单元可以是单个的波导喇叭天线、偶极子天线、贴片天线等。平面相控阵天线是指天线单元分布在平面上,天线波束在方位与仰角两个方向上均可以进行相控扫描的阵列天线。相控阵天线是一个多通道系统,一般均包含大量天线单元,在发射机、接收机与天线阵各单元之间必须有一个多路馈线网络。
这种雷达都相控阵雷达,相控阵雷达又分为有源相控阵和无源相控阵雷达。不同于抛物面反射天线(锅盖天线),阵列天线包含若干个阵元,每个阵元其实就是一个小天线,发射信号时所有阵元同时辐射同频率电磁波,电磁波本质上是正弦振荡电磁场,在阵列天线的照射方向,即天线波束方向,所有阵元发射电磁波的正弦相位完全相同,即所有阵元发射信号的瞬时场强完全相同,因此在这个方向所有阵元发射信号在空间中叠加的功率最强;
定向基站天线是目前应用最广泛的全封闭基站天线,分为多个种类,主要包括:垂直极化天线,垂直和水平极化天线,±45°双极化天线,多频带天线等。室外覆盖美化天线根据产品的形态,大致可以分为:路灯型美化天线、标识牌型美化天线、监控球型美化天线、空调型美化天线、假山型美化天线、音箱型美化天线、仿真树型美化天线、方柱型美化天线、变色龙型美化天线、水塔型美化天线、围栏型美化天线、排气管型美化天线等等。
史上最实用版天线知识(三)说明:电气性能是体现天线对于无线信号的影响的关键性能,是网规 工程师天线选型和网优工程师定位网络问题时天线引起的网络问题的基本要素。综述:天线的增益是天线选型中的重要性能指标,选择合适增益天线 即能保障信号的强度及天线的安装条件。说明:前后比即天线后向((180 °± 30 °的范围内)后向波束电平与前向最大波束的电平(信号强度之差),表明信号能量的分配问题。
数字波束形成技术正在加速雷达的演进。近年来,受到军事和商业应用以及RF组件集成等技术进步的驱动,相控阵中数字波束形成技术的应用激增,数字波束形成技术正在从研发转向现实。数字波束形成技术(DBF)保存了天线阵列单元信号的全部信息,通过采用先进的数字信号处理技术对阵列信号进行处理,从而获得优良的波束性能,方便地得到超分辨和低副瓣的性能,实现波束扫描和自适应波束形成等。
相控阵波束赋形,阵列天线设计实例。相控阵天线采用电动转向机制,相比于传统的机械转向天线具有诸多优点,例如:低剖面/体积小,更高的长期可靠性,快速转向和多波束等。相控阵天线是组装在一起的天线阵元的集合,其中,每个单元的辐射图在结构上与相邻天线的辐射图合成形成称为主瓣的有效辐射图。天线设计人员会考察天线增益、有效各向辐射功率(EIRP)及Gt/Tn。相控阵天线设计的另一个关键方面是天线阵元的间隔。
基于FPGA的波束成形技术。波束成形技术可分为自适应波束成形和切换波束成形技术。在切换波束成形中,例如,通信基站从预设的波束中选择波束,每个波束基于接收信号的强度来指向特定方向。由于需要大量的计算负荷,传统的CPU和DSP在自适应波束成形应用中可能会迅速负担过重。FPGA采用先进的数字波束成形技术,可以降低成本,复杂性,功耗和上市时间,因此与采用先进数字波束成形技术的雷达系统中的CPU和GPU选项相比具有巨大的优势。
智能天线技术  智能天线分为两大类:多波束天线和自适应天线阵. 智能天线不同于常规的扇区天线和天线分集方法,通过在基站使用全向收发智能天线,为每个用户提供一个窄的定向波束,使信号在有限的方向区域发送和接收,充分利用了信号发射功率,降低了信号全向发射带来的电磁污染与相互干扰. 智能天线采用数字方法实现波束成形, 即数字波束形成DBF(DigitalBeam Forming) .图1 为M 元智能天线的原理图:
非得连接“八百里外“的WiFi?试试这把“信号狙击枪”对于WiFi信号来说,两种天线类型均可以采用。对于八木天线来说,一般情况下其引向器(即除了整支天线上的倒数第二根和最后一根“鱼骨”以外的剩余“鱼骨”)数量越多,对于某个方向上的增益效果和接收效果就越好。这个设计为了挑战极限,使用了一支15单元,25dBi增益的八木天线,配合一块大功率的WiFi网卡和WiFi信号放大器,做成了一把“指哪儿打哪儿”的WiFi狙击步枪。
8*8平面相控阵在28GHz时波束形成的天线设置和仿真图。将波束扫向阵列的一角,位于(45°、40°)方向,可将峰值增益降低到21.7dBi,并适度加宽了波束(图6)。当改变相位使波束指向水平方向时,由经典贴片天线的增益模式可知该阵列模式会达到极限,并形成具有较大旁瓣的增益图。图5.8×8阵列主瓣波束指向(20°,90°)时的增益模式。整个阵列的辐射效率从78%到90%及以上不等,且阵列边缘附近的贴片辐射效率通常较高。
最简雷达距离方程与应用(外国人Vs曲老师)电子万花筒平台核心服务。最大无模糊距离:雷达能够检测和显示的最大无模糊作用距离,指的是目标回波在下一个脉冲发射前返回雷达的最长传输时间对应的距离。简化版雷达距离方程。只有一小部分回波信号被雷达天线接收,雷达有效天线孔径决定了能够接收到的雷达回波能量的大小。最大作用距离的与雷达发射的峰值功率、增益、目标截面积、天线有效孔径以及最小可检测信噪比有关。
我WiFi怎么又没了???也就是所谓发射天线在不同的方向有不同的增益,在不同方向的不同增益信息叫做天线的波束形状(beamshape)。对于普通的天线波束的形状可以非常复杂:这里需要提到一个定理:天线互易定理,讲的是A天线发射B天线接收得到的信号效果(比如信噪比)和B天线发射A天线接收得到的效果是一模一样的,以下图示可以描述:从这个角度看,除了发射功率,发射天线的波束形状(beam shape)也能影响发出电磁波的强弱。
混合波束成形专栏|基础:深入浅出5G,毫米波,大规模MIMO与波束赋形。波束赋形(波束成形, beamforming)波束成形的数学建模。这一结构的核心用一句话概括:将原本的数字波束成形分割成两部分,一部分由低维的数字波束成形实现,另一部分由高维的模拟波束成形实现,从而大大降低了射频链路数目的需求。总而言之:由于硬件的约束,绝大部分5G前的波束成形算法无法照搬到混合波束成形结构下,因此,新的混合波束成形算法急需提出。
工程师必须要掌握的常用天线、无源器件原理及功能 (上) – 射频技术研习社。1.1 天线的定义:? 能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或能够有效的接收空间某特定方向来的电磁波的装置。天线旁瓣。增益和天线尺寸及波束宽度的关系。天线增益只是将能量有效集中向某特定方向辐射或接受电磁波的能力。当两个频率f1和f2输入到天线,由于非线性效应,天线辐射的信号除频率f1 和f2 外,还包括有其他频率,如2f1-f2 和2f2-f1 (3阶)等。
什么是大规模天线(Massive MIMO)技术,为何5G要用MIMO天线 ?那什么是Massive MIMO呢?传统的TDD网络的天线基本是2天线、4天线或8天线,而Massive MIMO指的是通道数达到64/128/256个。传统的MIMO我们称之为2D-MIMO,以8天线为例,实际信号在做覆盖时,只能在水平方向移动,垂直方向是不动的,信号类似一个平面发射出去,而Massive MIMO,是信号水平维度空间基础上引入垂直维度的空域进行利用,信号的辐射状是个电磁波束。
阵列天线排阵间距与天线增益的关系探讨(转载)阵列天线排阵间距与天线增益的关系探讨摘要在天线的设计中,为增强天线的方向性、提高天线增益,经常用到天线阵列。单元天线的波束宽度与使等幅二元阵最佳间(仅指使天线阵列获得最大增益的排阵间距)的关系曲线如图2所示从图2中可知,单元天线波束越窄(即增益越高),其等幅二元阵获得最大增益的排阵间距越大3 高增益天线单元排阵增益问题。
MIMO:新一代移动通信核心技术。为了更好地利用MIMO技术,必须深入研究MIMO信道特性,尤其是空间特性。由于在MIMO系统中进行信道估计时,天线之间存在着干扰,因此,研究在天线之间存在干扰时的信道估计方法也是目前研究的热点。多天线选择发送接收系统就是利用一定的准则从M根发送天线中选择MS根天线用于发送信号,同样在接收端从N根接收天线中选择NS根用于接收信号,这样就构成了选择的MS*NS的MIMO系统。