目标信号辐射到阵列的波前是一个平面。在信息处理过程中,我们通过对混频之后的信号进行14通道AD采样(每一通道包含两路信号,I、Q信号),由于每根天线在制作过程中工艺等其他因素影响,使得接收信号的相位发生偏差,故在AD采样后对信号进行相位校正,之后对每一路的复信号进行1024点的FFT,检测目标所在的距离位置。如图3所示,从仿真结果图中可以看到,信号在100m和200m的距离处有明显的信号幅值,已经分辨出将两个信号的距离。
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。
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。
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。
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。
自适应天线阵。融入自适应数字处理技术的智能天线是利用数字信号处理的算法去测量不同波束的信号强度,因而能动态地改变波束使天线的传输功率集中。自适应天线阵是一个由天线阵和实时自适应信号接收处理器所组成的一个闭环反馈控制系统,它用反馈控制方法自动调准天线阵的方向图,使它在干扰方向形成零陷,将干扰信号抵消,而且可使有用信号得到加强,从而达到抗干扰的目的。自适应天线完成用户信号接收和发送可认为是全向天线。
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。
现代战场上的“千里眼”探测距离达5千公里的有源相控阵雷达。其中采用有源相控阵雷达天线的雷达被称为有源相控阵雷达(APAR)。有源相控阵雷达是指天线表面的每一个阵列单元都完整包含信号产生、发射和接收的能力,即是将信号产生器、放大器等全部缩小到每一个阵列单元中,而天线不需要依靠信号发生器和波导管反馈信号。因为有源阵列相比无源阵列省略了波导管造成的能量损耗,所以探测距离得以显著提升。
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;
在5G通讯中,SDMA是大规模MIMO(massive Multiple-Input Multiple-Output,指在发射端和接收端分别使用大规模发射天线和接收天线阵列,使信号通过发射端与接收端的大规模天线阵列传送和接收,从而改善通信质量)技术应用的一个重要例子,而将无线信号(电磁波)只按特定方向传播的技术叫做波束成型(beamforming)。传统使用单一天线形成波束的方法需要机械转动天线才能改变波束的方向,而这在手机上显然不可能。
在5G通讯中,SDMA是大规模MIMO(massive Multiple-Input Multiple-Output,指在发射端和接收端分别使用大规模发射天线和接收天线阵列,使信号通过发射端与接收端的大规模天线阵列传送和接收,从而改善通信质量)技术应用的一个重要例子,而将无线信号(电磁波)只按特定方向传播的技术叫做波束成形(beamforming)。如何实现波束成形。传统使用单一天线形成波束的方法需要转动天线才能改变波束的方向,而这在手机上显然不可能。
在下行过程中,基站依次使用不同指向的波束发射无线信号,该过程被称作波束扫描(Beam sweeping);与此同时,用户测量不同波束发射出的无线信号(Beam measurement),并向基站报告相关信息(Beam reporting);基站根据用户报告确定对准该用户的最佳发射波束(Beam determination)。如上图所示,在第一阶段宽波束对准的基础上,基站只需继续细化扫描与各用户有关的4个窄波束,比如为用户1扫描波束t1-t4, 为用户2扫描波束t5-t8。
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。
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。
深入了解扫描阵列雷达信号处理。系统电子电路处理每一单元信号的振幅和相位 , 形成雷达波束和接收方向图并聚焦 , 设置定义总天线方向图的干涉方向图。这一方法避免了采用大量的移动部件,支持雷达实现传统天线采用物理方法无法获得的功能,例如,瞬 时改变波束方向,发送和接收同时有多个天线方向图,或者把阵列分成多个天线阵,完成多项功能 —— 也就是,根据地形搜索目标,同时跟踪目标。
智能天线技术的应用。目前,基站普遍使用的是全向天线或者扇区天线,这些天线具有固定的天线方向图形式,而智能天线将具有根据信号情况实时变化的方向图特性(见图1)。目前,对于智能天线的应用主要集中在第二阶段附近,并且由于移动通信的迅速发展,使得智能天线技术在包括3G的应用中受到广泛的重视,解决智能天线在实际应用中的各种问题,以及寻求更加“智能”的自适应算法和实现方案是目前工作的重点和主要内容。
其中,天线阵由多个天线单元构成,通常为四个天线,一个为主天线,接收有用信号,其余为辅助天线,产生对消干扰的参考信号。自适应天线系统根据天线阵列的输出情况自动调节副通道(副天线对应的射频通路)的权系数(幅度和相位),使天线系统能根据电磁环境、卫星导航信号及干扰信号的方向变化自动跟踪所需的信号,自动抑制信号,以提高天线接收信号的质量,从而具有自适应性。3 自适应天线系统研制概况3.1 天线阵列研制。
卫星导航自适应阵列抗干扰性能分析。论文对方阵、矩形阵和Y 形阵三种阵列结构的抗干扰性能进行了分析,在仿真中引入阵列方向图来模拟阵列接收信号,设置了典形的应用场景,比较了三种阵列在空域抗干扰和空时抗干扰情况的抗干扰性能。其它阵列结构抗干扰仿真结果类似。通过仿真发现,采用空时抗干扰算法时,在阵列具有相同单元数的情况下,阵列结构、阵元间距、互耦、天线不一致性等因素对阵列的抗干扰性能几乎没有影响。
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。
相控阵雷达,即相位控制电子扫描阵列雷达,其利用大量个别控制的小型天线单元排列成天线阵面,每个天线单元都由独立的移相开关控制,其可以通过改变阵列天线中每一个天线产生电磁波的相位与幅度,以此强化电磁波在指定方向上的强度,并压抑其他方向的强度,从而实现天线阵列无需机械转动,就能实现波束扫描。相控阵雷达由众多天线单元组成,每个单元可以形成独立的波束,分别实现搜索、识别、跟踪、制导等多种功能。
下一代AESA雷达设计。随着阵元数量和含电子器件天线集成度的提高,对独立元件以及整个AESA雷达信号通路性能进行设计和验证的能力变得不可或缺,通过使用集电路仿真、系统级行为建模和电磁分析于一体的设计平台,开发团队可以在昂贵的样机研发之前对系统性能和元件之间的相互作用进行研究,能够预测性能并修改RF设计以便满足需求正是VSS建模功能所提供的能力之一。
主要介绍约翰霍普金斯大学应用物理实验室(APL)对美国防空反导雷达研发的贡献,APL在引领先进雷达系统的开发或改进方面有着悠久的历史:从最初宙斯盾系统的多功能相控阵雷达到固态相控阵雷达、弹道导弹防御雷达,以及美国海军最新的防空反导雷达(AMDR)。在20世纪70年代和80年代开发的雷达系统通常是无源阵列,其RF功率通常集中在基于管式发射器上,通过波导传送到阵列,并使用发射波束形成器在阵列中分开。