采用三音校准法的星载多波束天线校准系统

多波束形成技术研究

多波束形成技术研究 陈晓萍 （中国西南电子技术研究所，四川成都610036） 摘要：讨论了跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）中关于多波束形成的算法，优选的有LMS自适应方式和相位调整自适应方式；并简单介绍了波束控制和波束形成的实现。 关键词：TDRSS；多波束形成；LMS自适应算法；相位调整自适应算法 一、前言 随着航天技术的发展，要求测控通信站能高覆盖地对飞船等多个目标进行测控通信。要解决这个问题靠现有地面测控网和业务接收站已不能满足要求，需要建立天基测控通信系统，即跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)。 TDRSS把测控通信站搬移到天上同步定点轨道的中继星上，从上向下观测中低轨卫星、飞船、航天飞机等空间飞行器，从而提高了覆盖率。为了减轻中继星的复杂性和负担，将中继卫星观测到的数据和信息传到地面，由地面中心站进行处理。TDRSS中继星相控阵天线同时与多个用户航天器保持跟踪，地面站到航天器的正向通讯为时分多波束，反向通讯为码分和同时多波束。为了减轻中继星的负担，中继星上只装有形成正向天线波束扫描所需的电调移相器，由地面终端计算并发出指令，调节星上移相器相位，让天线波束以时分方式扫描对准各用户航天器，在对准期间完成正向数传。多个用户航天器送到中继星的反向数传信号在星上进行多波束形成会大大增加中继星的复杂性，反向信号经星上阵列天线接收和变换，各阵元收到的信号用频分多路方式相互隔离送往地面，由地面接收前端将频分多路还原成同频多路阵元输出，交由终端进行相控阵多波束形成处理。所谓波束形成, 就是利用开环控制或闭环自适应跟踪方法，对不同反向到达的信号用不同的权系数矢量对各阵元输出进行幅度和相位加权, 使各阵元收到的同一用户信号在合成器中得以同相相加, 输出信号最大, 干扰和噪声最小。当存在多个目标时, 地面终端利用码分多址方法和利用多个波束形成器并行地完成各目标的波束合成处理完成各用户的数传与测控。 二、多波束形成算法 数据中继卫星系统在多址方式下，服务对象一般分布在较低的地球轨道上，当用户星离地面的轨道高度在3 000 km以下时，中继星各阵元波束宽度只要26°就可覆盖地球周围的所有用户星。 当用户星以最大速度10 km/s运动,用户星穿过3.5°宽的合成波束所需的时间最短为205 s，所以中继星跟踪用户星所需的波束移动角速度是很小的。假定波束移动步进量为阵合成波束宽度3.5°的5％即0.175°，波束步进间隔时间长达10.5 s。只要计算机能在10.5 s 内依据用户星位置更新相控阵的相位加权系数，就会使合成波束移动并时刻对准目标。 按照目标的捕获与跟踪过程，多波束形成应有3种工作方式：主波束控制方式（开环）、扫描方式（开环）及自跟踪方式（闭环）。 当有先验信息如根据目标的轨道方程计算出目标在空中的当前位置时，可采用开环的主波束控制方式, 由用户星的实时俯仰角和方位角，计算机算出加权系数矢量，送到多波束处理器完成波束加权合成。用户星相对中继星来说角度移动缓慢，随着用户星的移动，计算机实时逐点计算出权系数矢量，可维持主波束的开环跟踪。主波束控制方式一般用于目标的初始捕获，完成后进入自动跟踪状态。 如果没有先验信息不知道目标的起始位置，可以采用波束扫描方式，根据事先制定的空

多波束天线

多波束天线综述 多波束天线(MBA———Multiple Beam Antenna)由于其能够高增益地覆盖较大的地面区域而且又能根据需要调整波束形状而得到深入研究和广泛于卫星通信系统。多波束天线是能够同时产生多个子波束(点波束),从而覆盖地面上所关心的区域的天线系统,根据不同的通信需要,子波束和总波束的关系大致可分为几种情况:固定区域点波束覆盖,非固定区域点波束覆盖和赋形束覆盖。多波束天线与传统天线不同，它只在指定的区域有较高的增益值，而在其他地方增益很低，所以能减少覆盖区域外地面站对多波束系统造成的干扰，提高系统的频谱利用率和信道容量，提供有效全辐射功率和接收系统品质因素G/T值，并使卫星地面站终端设备得到简化和降低成本。另一方面，由于地球的曲率，卫星覆盖下的区域到达卫星的路径并不相等，星下点路径最短，远离星下点的区域路径较远，这就引起了远近效应的问题对于通信卫星系统而言，等通量覆盖是保证系统性能稳定的关键因素之一而这恰恰是多波束天线的优势因为多波束天线是通过几个高增益的窄波束合成一个等效的高增益宽波束，所以可以通过调整每个波束的增益大小，实现对地面的等通量覆盖。 (1)固定区域点波束覆盖： 固定区域点波束覆盖是指所有的点波束彼此独立地照射地面上不同的固定区域,总的波束则覆盖有关国家和地区,这种点波束方式往往用于同步卫星通信系统,近年来也应用于同步卫星通信系统,称为所谓“凝视天线”。这种系统,当卫星移动时,天线始终照射着某一固定区域并保持波束覆盖图不变,直到该区域边缘的仰角小于最小仰角。 (2)赋形束覆盖 赋形束覆盖是指点波束在地面上相互迭加,得到的辐射方向图形成所需要的图形─赋形束,这种方式也往往用于同步卫星通信系统.赋形束的概念在二十多年前就提出来了,其天线由反射面和单个馈元或由少量的馈元组成的馈元阵组成(后者可以看成多波束天线).任何形状的方向图都可以通过设计反射面的形状,在光学口面产生所需的振幅和相位分布来实现,而

星载DBF多波束发射有源阵列天线_龚文斌

星载DBF 多波束发射有源阵列天线 龚文斌 (上海微小卫星工程中心,上海200050) 摘　要:　低轨通信卫星大容量、终端小型化要求卫星采用多波束天线技术来实现高增益、宽覆盖.本文针对低轨CDMA 通信系统,设计了具有近“等通量”覆盖的平面阵列多波束发射天线,该天线由61微带单元天线阵、61个发射射 频通道和数字波束形成网络组成;数字波束成形网络对输入的16个波束信号进行正交化、加权处理输出61路中频信号,由发射射频通道完成上变频和信号放大,最后通过天线阵辐射出去在空间形成期望的16个赋形波束覆盖.文章详细介绍了天线的实现方法和试验结果,通过对16波束发射天线原理样机的测试,结果表明天线各指标都符合设计要求,有效验证了天线系统设计的正确性. 关键词:　相控阵天线;数字波束形成;遗传算法;多波束 中图分类号:　TN927 文献标识码:　A 文章编号:　0372-2112(2010)12-2904-06 D BF Multi -Beam Transmitting Phased Array Antenna on LEO Satellite GONG Wen -bin (Shanghai Enginee ring Cente r for Mic rosatellites ,Shanghai 200050,China ) Abstract :　To meet the requirements of large system capacity and miniatu rized terminal of mobile satellite communication ,Muti -beam array antenna is adopted to realize the high gain and wide coverage by LEO satellite .This paper presents a planar trans -mitter array antenna with equal flux density coverage according to CDMA standard utilized by LEO satellite .The phased array an -tenna co nsists of an array antenna with 61micro -strip elements ,61RF fro nt ends ,and digital beam fo rming netwo rk (BFN ).Or -thogo nal transform and phase -amplitude adjustment are completed in digital BFN .The 61-channel IF signals outputted by digital BFN are up -converted and amplified by RF front ends ,finally transmitted by array antenna to realize the desired shaped -beam cover -age .The design methodology and measured resu lts of DBF phased array antenna is discussed in the paper .T he measu rements demonstrate that all the parameters of array antenna are consistent with the predefined requirements ,which validates the rationality of sy stem desig n and project implementation . Key words :　phased array antenna ;digital beam forming ;genetic algorithm ;multi -beam 1　引言 星载天线是卫星有效载荷的重要组成部分,对整个 卫星通信系统的性能有着极其重要的影响.上世纪九十年代,有源相控阵技术开始用于中、低轨道的星载多波束天线.如全球星系统采用功分器和合成器方式的射频波束成形网络来形成16个波束,铱星系统采用Butler 矩阵的方式实现波束成形[1].射频波束成形方式一旦波束形成网络确定之后,波束形状、相邻波束的相交电平和波束指向等便固定了,不容易改动.特别是当要形成的波束数目较多时(几十个或上百个),波束形成网络的实现将变得十分复杂,且难以调整,要形成低副瓣电平的多波束或实现自适应控制更为困难. 近十多年来,采用数字技术实现波束形成受到了广泛关注.目前,数字波束形成(DBF )技术已经开始应用 于静止轨道的大型通信卫星,例如Inmar sat -4卫星配置 DBF 有效载荷,可以形成228个点波束.与模拟波束形成网络相比,数字波束形成网络容易实现多波束、可以灵活改变波束形状、通道幅相误差校正方便等优点. 基于数字波束成形技术的阵列天线技术由于其灵活、性能优越在地面智能天线和雷达中得到了应用[2,3].国内基于数字波束成形技术的星载天线通过近期的发展取得了一定突破,为实用化的星载DBF 天线奠定了基础. 鉴于模拟波束形成网络在实现上仍然受到国内加工工艺技术的影响,在集成实现上具有一定的难度;上海微小卫星工程中心于2004年提出采用DBF 实现低轨多波束通信天线,并于2009年完成了同时产生16个发射波束的有源阵列天线原理样机研制与测试. 本文首先提出了基于DBF 方式的发射天线实现架 收稿日期:2009-10-15;修回日期:2010-05-25 　 第12期2010年12月电 子 学 报ACTA ELECTRONICA SINICA Vol .38　No .12 Dec .　2010

多波束天线通道幅相一致性校正及实现(精)

多波束天线通道幅相一致性校正及实现 朱丽龚文斌杨根庆 （中科院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050） 摘要：本文针对多波束天线接收机的通道幅相一致性校正，提出了一种基于自适应算法的校正方法并在FPGA 中实现了该方法。在满足系统要求的前提下，该方法不但实现起来相对容易，而且算法的精度和动态范围也有一定的保证。仿真和试验结果表明，该方法是可行的。关键词：多波束天线，通道失衡，幅相误差，最小均方误差，校正 1．引言 随着人们对卫星通信要求的不断提高，卫星通信技术得到了很大的发展。其中，卫星多波束天线目前己成为提高卫星通信性能、降低系统成本的一项关键性技术。 多通道接收机是DBF 天线系统中信号的必经之路，正是这种多接收通道的结构，使DBF 天线系统增加了幅度和相位误差的潜在来源。与多个天线阵列相连接的多个接收机通道必须要有很高的一致性，否则通道间的失配将严重影响数字波束系统的性能。对多通道间误差的校正正是星载数字多波束天线的关键技术之一。由于目前国内对星载DBF 天线的研究还处于初级阶段，所以需要更多的借鉴智能天线、自适应天线和雷达等领域已有的研究成果。 本文主要针对基于卫星应用的两维阵列DBF 天线系统，采用目前最常用的LMS 算法设计并在FPGA 中实现了对其前端射频多通道接收机的幅相校正系统，最后给出了测试结果。测试结果表明，这种采用定点数制的LMS 算法对系统的幅相误差具有较好的校正性能。 2．数字多波束天线的幅相校正原理

数字多波束天线的组成如图1所示。前端天线阵是由多个天线单元组成两维阵列，阵元接收的信号经射频前端电路、A/ D 转换电路、数字下变频器后送入数字波束形成器处理。[2][1] 设计一个六边形排列的7单元天线阵，A/D后端的数字下变频器和波束形成器均采用FPGA 实现。天线阵接收到的信号首先通过射频通道混频后得到中频信号，再将此模拟中频信号经过ADC 后得到数字中频信号，然后送入DDC 进行下变频；下变频后，每路信号分为正交的I、Q 两路，这些正交的信号再送入波束成形器中进行波束成形，最后的输出即为合成的波束。接收通道在制造时的各种误差、电路器件的选择，A/D的量化精度、DDC 的性能、I/Q两路的正交误差等因素都会引起信号幅度和相位的变化。为了能够正确的波束成形，达到系统的精度要求，就必须要对多通道接收机进行校正，校正系统原理图如下图2 所示。

智能天线技术研究及其相关介绍

智能天线技术研究及其相关介绍 智能天线原名自适应天线阵列（AAA，AdapTIve Antenna Array），最初应用于雷达、声纳、军事方面，主要用来完成空间滤波和定位，大家熟悉的相控阵雷达就是一种较简单的自适应天线阵。移动通信研究者给应用于移动通信的自适应天线阵起了一个较吸引人的名字：智能天线，英文名为smart antenna或intelligent antenna。 1．基本结构顾名思义自适应天线阵由多个天线单元组成，每一个天线后接一个加权器（即乘以某一个系数，这个系数通常是复数，既调节幅度又调节相位，而在相控阵雷达中只有相位可调），最后用相加器进行合并。这种结构的智能天线只能完成空域处理，同时具有空域、时域处理能力的智能天线在结构上相对复杂些，每个天线后接的是一个延时抽头加权网（结构上与时域FIR均衡器相同）。自适应或智能的主要含义是指这些加权系数可以恰当改变、自适应调整。 上面介绍的其实是智能天线用作接收天线时的结构，当用它进行发射时结构稍有变化，加权器或加权网络置于天线之前，也没有相加合并器。 2．工作原理假设满足天线传输窄带条件，即某一入射信号在各天线单元的响应输出只有相位差异而没有幅度变化，这些相位差异由入射信号到达各天线所走路线的长度差决定。若入射信号为平面波（只有一个入射方向），则这些相位差由载波波长、入射角度、天线位置分布唯一确定。给定一组加权值，一定的入射信号强度，不同入射角度的信号由于在天线间的相位差不同，合并器后的输出信号强度也会不同。 以入射角为横坐标，对应的智能天线输出增益（dB）为纵坐标所作的图被称为方向图（天线术语），智能天线的方向图不同于全向（omni-）天线（理想时为一直线），而更接近方向（direcTIonal）天线的方向图，即有主瓣（main lobe）、副瓣（side lobe）等，但相比而言智能天线通常有较窄的主瓣，较灵活的主、副瓣大小、位置关系，和较大的天线增益（天线术语，天线的一项重要指标，是最强方向的增益与各方向平均增益之比），另外和固定天线的最大区别是：不同的权值通常对应不同的方向图，我们可以通过改变权值来选择合适的方向图，即天线模式（antenna pattern）。

微波技术与天线[王新稳][习题解答]第一章

1-1 解： f=9375MHz, / 3.2,/ 3.1251c f cm l λλ===> 此传输线为长线 1-2解： f=150kHz, 4/2000,/0.5101c f m l λλ-===?<< 此传输线为短线 1-3答： 当频率很高，传输线的长度与所传电磁波的波长相当时，低频时忽略 的各种现象与效应，通过沿导体线分布在每一点的损耗电阻，电感，电容和漏电导表现出来，影响传输线上每一点的电磁波传播，故称其 为分布参数。用1111,,,R L C G 表示，分别称其为传输线单位长度的分布电阻，分布电感，分布电容和分布电导。 1-4 解： 特性阻抗 050Z ====Ω f=50Hz X 1=ωL 1=2π×50×16.65×10-9Ω/cm=5.23×10-6Ω/cm B 1=ω C 1=2π×50×0.666×10×10-12=2.09×10-9 S/cm 1-5 解： ∵ ()22j z j z i r U z U e U e ββ''-'=+ ()()220 1 j z j z i r I z U e U e Z ββ''-'= - 将 22233 20,2,42 i r U V U V z πβλπλ'===?= 代入 332 2 3 4 20220218j j z U e e j j j V ππλ-'==+=-+=- ()34 1 2020.11200 z I j j j A λ'== --=- ()()()34,18cos 2j t e z u z t R U z e t V ωλπω'=??''??==- ????? ()()()34 ,0.11cos 2j t e z i z t R I z e t A ωλπω'=??''??==- ????? 1-6 解： ∵Z L =Z 0 ∴()()220j z i r U z U e U β''== ()()()2 123 2 1 100j j z z U z e U z e πβ''-''== ()() ()() 6 1 1100,100cos 6j U z e V u z t t V ππω'=? ?=+ ?? ?

多波束形成方法

多波束形成技术研究 摘要：讨论了跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）中关于多波束形成的算法，优选的有LMS自适应方式和相位调整自适应方式；并简单介绍了波束控制和波束形成的实现。 关键词：TDRSS；多波束形成；LMS自适应算法；相位调整自适应算法 一、前言 随着航天技术的发展，要求测控通信站能高覆盖地对飞船等多个目标进行测控通信。要解决这个问题靠现有地面测控网和业务接收站已不能满足要求，需要建立天基测控通信系统，即跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)。 TDRSS把测控通信站搬移到天上同步定点轨道的中继星上，从上向下观测中低轨卫星、飞船、航天飞机等空间飞行器，从而提高了覆盖率。为了减轻中继星的复杂性和负担，将中继卫星观测到的数据和信息传到地面，由地面中心站进行处理。TDRSS中继星相控阵天线同时与多个用户航天器保持跟踪，地面站到航天器的正向通讯为时分多波束，反向通讯为码分和同时多波束。为了减轻中继星的负担，中继星上只装有形成正向天线波束扫描所需的电调移相器，由地面终端计算并发出指令，调节星上移相器相位，让天线波束以时分方式扫描对准各用户航天器，在对准期间完成正向数传。多个用户航天器送到中继星的反向数传信号在星上进行多波束形成会大大增加中继星的复杂性，反向信号经星上阵列天线接收和变换，各阵元收到的信号用频分多路方式相互隔离送往地面，由地面接收前端将频分多路还原成同频多路阵元输出，交由终端进行相控阵多波束形成处理。所谓波束形成, 就是利用开环控制或闭环自适应跟踪方法，对不同反向到达的信号用不同的权系数矢量对各阵元输出进行幅度和相位加权, 使各阵元收到的同一用户信号在合成器中得以同相相加, 输出信号最大, 干扰和噪声最小。当存在多个目标时, 地面终端利用码分多址方法和利用多个波束形成器并行地完成各目标的波束合成处理完成各用户的数传与测控。 二、多波束形成算法 数据中继卫星系统在多址方式下，服务对象一般分布在较低的地球轨道上，当用户星离地面的轨道高度在3 000 km以下时，中继星各阵元波束宽度只要26°就可覆盖地球周围的所有用户星。 当用户星以最大速度10 km/s运动,用户星穿过3.5°宽的合成波束所需的时间最短为205 s，所以中继星跟踪用户星所需的波束移动角速度是很小的。假定波束移动步进量为阵合成波束宽度3.5°的5％即0.175°，波束步进间隔时间长达10.5 s。只要计算机能在10.5 s 内依据用户星位置更新相控阵的相位加权系数，就会使合成波束移动并时刻对准目标。 按照目标的捕获与跟踪过程，多波束形成应有3种工作方式：主波束控制方式（开环）、扫描方式（开环）及自跟踪方式（闭环）。 当有先验信息如根据目标的轨道方程计算出目标在空中的当前位置时，可采用开环的主波束控制方式, 由用户星的实时俯仰角和方位角，计算机算出加权系数矢量，送到多波束处理器完成波束加权合成。用户星相对中继星来说角度移动缓慢，随着用户星的移动，计算机实时逐点计算出权系数矢量，可维持主波束的开环跟踪。主波束控制方式一般用于目标的初始捕获，完成后进入自动跟踪状态。 如果没有先验信息不知道目标的起始位置，可以采用波束扫描方式，根据事先制定的空间角度扫描轨迹图形，顺序调出各角度位置的加权矢量，形成波束的空中扫描，当波束扫到目标时，波束合成器输出最大信号并给出目标捕获指示，完成目标初始捕获，随即进入波束

天线基本参数说明

天线有五个基本参数：方向性系数、天线效率、增益系数、辐射电阻和天线有效高度。这些参数是衡量天线质量好坏的重要指标。 【天线的方向性】是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。它的这种能力可采用方向图，方向图主瓣的宽度，方向性系数等参数进行描述。所以方向性是衡量天线优劣的重要因素之一。天线有了方向性，就能在某种程度上相当于提高发射机或接收机的效率，并使之具有一定的性和抗干扰性。 【方向性图】方向性图是表示天线方向性的特性曲线，即天线在各个方向上所具有的发射或接收电磁波能力的图形。 实用天线处在三度几何空间中，所以，它的方向性图应该是个立体图。在这个立体图中，由于所取的截面不同而有不同的方向性图。最常用的是水平面的方向性图（即和平行的平面的方向性图）和垂直面的方向性图（即垂直于的平面的方向性图）。有的专业书籍上也称赤道面方向性图或子午面方向性图。 【波瓣宽度】有时也称波束宽度。系指方向性图的主瓣宽度。一般是指半功率波瓣宽度。当 L/λ数值不同时，其波瓣宽度也不同。L/λ比值增加时，方向图越尖锐，但当（L/λ）＞0.5时，除了与振子轴垂直的方向有最大的主瓣外，还可能出现付瓣。因此，波瓣宽度越小，其方向性越强，性也强，干扰邻台的可能性小。所以，对于超短波，微波等所用的天线，登记主瓣宽度这一指标，是十分重要的。 【方向性系数】方向性系数是用来表示天线向某一个方向集中辐射电磁波程度（即方向性图的尖锐程度）的一个参数。为了确定定向天线的方向性系数，通常以理想的非定向天线作为比较的标准。 任一定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强度的条件下，非定向天线的总辐射功率对该定向天线的总辐射功率之比。 按照上面的定义，由于定向天线在各个方向上的辐射强度不等，故天线的方向性系数也随着观察点的位置而不同，在辐射电场最大的方向，方向性系数也最大。通常如果不特别指出，就以最大辐射方向的方向性系数作为定向天线的方向性系数。 在中波和短波波段，方向性系数约为几到几十；在米波围，约为几十到几百；而在厘米波波段，则可高达几千，甚至几万。 【辐射电阻】发射天线的辐射功率与馈电点的有效电流平方之比，称为天线的辐射电阻。 辐射电阻是一个等效电阻，如果用它来代替天线，就能消耗天线实际辐射的功率。因此，采用辐射电阻这个概念，可以简化天线的有关计算。

星载DBF多波束发射有源阵列天线_龚文斌概要

星载 DBF 多波束发射有源阵列天线 龚文斌 (上海微小卫星工程中心 , 上海 200050 摘要 :低轨通信卫星大容量、终端小型化要求卫星采用多波束天 线技术来实现高增益、宽覆盖 . 本文针对低轨 CDMA 通信系统 , 设计了具有近“ 等通量” 覆盖的平面阵列多波束发射天线 , 该天线由 61微带单元天线阵、 61个发射射 频通道和数字波束形成网络组成 ; 数字波束成形网络对输入的 16个波束信号进行正交化、加权处理输出 61路中频信号 , 由发射射频通道完成上变频和信号放大 , 最后通过天线阵辐射出去在空间形成期望的 16个赋形波束覆盖 . 文章详细介绍了天线的实现方法和试验结果 , 通过对 16波束发射天线原理样机的测试 , 结果表明天线各指标都符合设计要求 , 有效验证了天线系统设计的正确性 . 关键词 :相控阵天线 ; 数字波束形成 ; 遗传算法 ; 多波束 中图分类号 : TN927文献标识码 : A 文章编号 : 0372-2112(2010 12-2904-06 D BF Multi -Beam Transmitting Phased Array Antenna on LEO Satellite GONG Wen -bin (Shanghai Enginee ring Cente r for Mic rosatellites , Shanghai 200050, China Abstract : To meet the requirements of large system capacity and miniatu rized terminal of mobile satellite communication , Muti -beam array antenna is adopted to realize the high gain and wide coverage by LEO satellite . This paper presents a planar trans -mitter array antenna with equal flux density coverage according to CDMA standard utilized by LEO satellite . The phased array an -tenna co nsists of an array antenna with

智能天线自适应滤波器算法研究及分析比较

万方数据

万方数据

图２ＬＭＳ、ＮＬＭＳ算法的实际权矢量与误差权矢比较图３ＬＭＳ、ＮＬＭＳ算法实际输出信号误差曲线比较 ｎ（当ｕ＝１；ＤＢ＝２０时） ＮＬＭＳ算法１次实验误差平方的均值曲线 ｎ（当ｕ＝ｌ；ＤＢ＝２０时） ＮＬＭＳ算法２０次实验误差平方的均值曲线 图４ＮＬＭＳ算法试验误差平方均值曲线比较 表１用ＮＬＭＳ算法设计的自适应滤波系数 序号ｌ２３４５６７８９１０ｌｌ １次０．０５０３—０．０７３００．０４６ｌＯ．０１３２０．１２０２—０．４２１６１．４１５７—０．４９８５０．１９７ｌ一０．０３４３Ｏ．０１３９２０次０．０１２８Ｏ．０３３Ｏ一０．０２７５—０．０７６５Ｏ．１５ｌ２—０．４４０Ｏ１．３３９７—０．４６ｌ０Ｏ．１５４５Ｏ．００３１０．０２６６ 改进的ＬＭＳ自适应滤波器算法使输出信号的误差明显减小，避免了传统的ＬＭＳ自适应滤波器算法由于误差大而导致智能天线接收信号精度不高的缺点，这些在智能天线设计中有着广泛的应用。 参考文献 ［１】黄武襄，王振五．ＣＤＭＡ系统中的几种智能天线自适应算法ｆＪ】．重庆邮电学院学报（自然科学版），２００４．１６（４）．［２】何振亚．自适应信号处理【Ｍ】．北京：科学出版社，２００２：ｌ一５９． 《信息化纵横》２００９年第１７期［３】张秦，冯存前．变步长ＬＭＳ算法及其在自适应消噪中的应用【Ｊ１．现代电子技术，２００３，２６（１４）：１４—１８． 【４】李正周．ＭＡＴＬＡＢ数字信号处理与应用【Ｍ】．北京：清华大学出版社．２００８：１０一７８． 【５】刘铁铮，漆兰芬．智能天线ＬＭＳ算法的分析及实现方案ＩＪ】．科学技术与工程，２００６（９）：３６—３９． ［６】高鹰．谢胜利．一种变步长ＬＭＳ自适应毽波算法分析［Ｊ】．电子学报，２００ｌ，２９（８）：１０． （收稿日期：２００９—０５－１４）欢迎网上投稿ＷＷＷ．ｏｃａｃｈｉｎａ．ｃｏｒｎ ７万方数据

天线实验报告(DOC)

实验一 半波振子天线的制作与测试 一、实验目的 1、掌握50欧姆同轴电缆与SMA 连接器的连接方法。 2、掌握半波振子天线的制作方法。 3、掌握使用“天馈线测试仪”测试天线VSWR 和回波损耗的方法。 4、掌握采用“天馈线测试仪” 测试电缆损耗的方法。 二、实验原理 （1）天线阻抗带宽的测试 测试天线的反射系数（S 11），需要用到公式（1-1）： )ex p(||0 11θj Z Z Z Z S A A Γ=+-= （1-1） 根据公式（1-1），只要测试出来的|Γ|值低于某个特定的值，就可以说明在此条件下天线的阻抗Z A 接近于所要求的阻抗Z 0（匹配），在天线工程上，Z 0通常被规定为75Ω或者50Ω，本实验中取Z 0=50Ω。天线工程中通常使用电压驻波比（VSWR ）ρ以及回波损耗（Return Loss ，RL ）来描述天线的阻抗特性，它们和|Γ|的关系可以用公式（1-2）和（1-3）描述： | |1| |1Γ-Γ+= ρ （1-2） |)lg(|20Γ-=RL [dB] （1-3） 对于不同要求的天线，对阻抗匹配的要求也不一样，该要求列于表1-1中。 表1-1 工程上对天线的不同要求（供参考） 天线带宽 驻波系数ρ的要求 反射系数|Γ|的要求 反射损耗RL 的要求 窄带（相对带宽5%以下） ρ≤1.2或1.5 |Γ|≤0.09或0.2 ≥21dB 或14dB 宽带（相对带宽20%以下） ρ≤1.5或2 |Γ|≤0.2或0.33 ≥14dB 或10dB 超宽带 ρ≤2或2.5，甚至更大 |Γ|≤0.33或0.43 ≥10dB （2）同轴电缆的特性阻抗 本实验采用50欧姆同轴电缆，其外皮和内芯为金属，中间填充聚四氟乙烯介质（相对介电常数 2.2r ε=）。其特性阻抗计算公式如下： 060ln r b Z a ε?? = ??? （1-4） 式中 a ——内芯直径； b ——外皮内直径。

多波束天线介绍

一、多波束、劈裂天线 3.1.应用场景 3.1.1.密集城区场景 密集城区优化问题一直是网络优化难点之一，密集城区建站难，深度覆盖不足，个人用户私装放大器，导致网络上行底噪不断抬升，通话质量不断下降。 密集城区场景主要存在以下特点： 高话务压力：密集城区存在大量移动用户，话务量高，导致基站配置不断增加，网络干扰剧增 深度覆盖不足：密集城区楼房建设密集，对无线信号的传播影响很大 基站建设困难成本高：密集城区居民对移动基站比较敏感，建站选址困难。密集城区楼房建设密集，信号传播损耗大，依靠宏站和分布系统覆盖成本高 干扰严重：载频多，无线环境复杂，内部干扰严重，而且容易对周边基站造成影响 针对不同场景问题应用多波束天线可以有效解决以上问题，以下将结合实际案例介绍多波束天线的应用。通过多波束天线优秀的覆盖特性。在覆盖上做到精细控制，减少过覆盖、多重信号重叠造成的各种优化困难。在容量上，以需求为导向，提升网络容量，解决接入困难的问题。从而提高GSM1800信号在城中村深度覆盖能力，从而实现双频网话务均衡的目标，降低城中村私装直放站对GSM900网络造成的影响，提升用户感知。 3.1.2.高话务场景 高话务场景是指在某个网络中，用户比较集中、话务水平高于其他区域的场景，例如校园、车站、机场、广场等。在这些场景中，由于用户数量庞大，周围的基站建设也比较集中。无线网络呈现强信号、强干扰、高负荷、高需求的特点。因为用户多而且相对集中，在很小的范围内需要较多的基站覆盖以保证容量，而过多的基站信号重叠会带来了干扰、频繁切换等问题，同时，控制覆盖的困难导致难以投入更多的载波资源，从而限制了网络容量，造成拥塞、接通问题。 高话务场景的优化一直是大中城市网络优化的难点，处于场景中的客户多数是网络敏感客户，对网络的轻微变化感知明显，容易造成网络投诉，这就要求高话务场景的优化要十分谨慎。另外，对高话务场景的优化要考虑到频率、小区容量、基站选址等问题，实施扩容看似简单的手段，在这种场景下受到种种限制而难以实施，或实施后产生很大的负作用。 3.2.优化目标 3.2.1.覆盖优化应用 通过更换多波束天线后，总体效果改善明显，达到预期目标，主要体现在：

16×16多波束相控阵天线的设计

16×16多波束相控阵天线的设计 目前，相控阵技术的应用在民用雷达、卫星通讯、环境与资源技术、工业无损检测以及军事等领域到了广泛的使用。随着雷达观测目标种类的增多，要求雷达测量的目标参数不断增加，并提高雷达电子对抗能力及目标识别能力，宽带相控阵雷达、有源相控阵雷达、数字相控阵雷达、多波段综合一体化相控阵雷达，成为当今相控阵技术发展的重要方向。大多数相控阵天线实现的目标都是体积小、重量轻、共形等问题。较少针对高频、大功率，尤其是多波束、多状态扫描进行讨论。本文针对这一现状提出一种相控阵天线模型，该模型利用圆极化微带天线排列成16×16的方形平面阵列，此阵列具有工作频率高，实现增益大，扫描范围广的特点。1 加权方式和相位扫描1．1 道尔夫-切比雪夫加权在相控阵天线的设计中，能降低副瓣电平的递减分布具有实际意义。然而副瓣电平和主瓣宽度是矛盾的，能在副瓣电平和主瓣宽度间进行最优折中的是道尔夫一切比雪夫分布阵。为此，充分利用切比雪夫多项式的有用特性。切比雪夫多项式是如下的二阶微分方程的解则此式的解可写成其特性表明当m是整数时，Tm(x)在|x|<1的范围内是正弦振荡函数，然后在|x|>1范围内以双曲线型上升。如果能使Tm(x)的一段和阵因子相对应，就能得到一个等副瓣的方向图。于是利用C语言编程，利用切比雪夫加权方式计算出各阵因子的电流幅度，直接加权。1．2 相位分布和波束扫描如果电流分布是可分离的，此时阵因子可表示为其中这就是说αx和αy分别为口径分布在x方向和y方向的均匀底边相位。当波束扫描进行时，方向和方向的相位差都不为零，此时在阵列法线方向各单元辐射场不再是同相叠加，而是在偏离法线某一方向θ上由于各单元的波程差引起的相位差抵消了各移相器引入的相移，各单元的辐射场变为同相叠加，因而使θ成为最大辐射方向。在编程时考虑了相位分布，使最后的参数矩阵包含相位因子，直接施之于阵列之上，完成相位的分布和波束的扫描。2 天线单元设计该阵列的天线单元采用微带结构，通过在贴片对角线E进行切角实现圆极化。采用50 Ω同轴探针进行馈电，介质板介电常数为2.1。天线结构，贴片尺寸3．1 mm×3．1 mm，对角切角为腰长0．44 mm的等腰三角形，馈电点距圆心0．69mm。，该单元工作频率31GHz，工作带宽达到6．4％。 图3是31 GHz处天线单元的二维增益方向图，由仿真计算结果可知，31 GHz处天线单元的增益约为7 dB，3 dB波束宽度为88°。31 GHz处天线单元的轴比曲线。在(-60°，60°)范围内<3 dB。 3 相控阵阵列的设计采用16×16的方形平面组阵方式，阵元间距为5．28 mm，在保证能够实现最窄波束情况下，通过控制辐射单元的馈电实现可控多种波束多状态扫描。本文利用Ansoft HFSS软件对天线阵进行仿真，采用自定义阵列模式，阵列的相位权值在几何文件中一一定义。 4 仿真结果4．1 切比雪夫加权方式加权图5为阵元达到256个的时候，阵列的单相扫描方向图。，单相扫描角可以达到40°，此时增益达到22 dB，波束宽度为9．36°，副瓣28．6 dB。 图6为双相扫描进行时的方向图。此时扫描角为36°×51°，增益基本不变，副瓣降低至40 dB以下，波束宽度达到8．5°×12．5°。 为了达到多波束扫描，得到更宽的波束，在原阵基础上，利用发射／接收组件控制阵元馈电，减少阵元，只取8×8的阵列进行馈电，间距不变，扫描结果，扫描角基本不变

智能天线原理

智能天线原理 关键字： 智能天线原理 智能天线采用空分复用（SDMA）方式，利用信号在传播路径方向上的差别，将时延扩散、瑞利衰落、多径、信道干扰的影响降低，将同频率、同时隙信号区别开来，和其他复用技术相结合，最大限度地有效利用频谱资源。 基站智能天线是一种有多个天线单元组成的阵列天线，通过调节各单元信号的加权幅度和相位，改变阵列的方向图，从而抑制干扰，提高信噪比，它可以自动测出用户方向，将波束指向用户，实现波束跟用户走。 图1 智能天线方框图 智能天线是天线阵列，图7-2表示方框图，图中可以看出，由N个天线单元组成，每个天线单元有对应加权器，共有M组加权器，可以形成M个方向的波束，M表示用户数，其可以大于天线单元数，天线阵的尺寸和天线元的数目决定最大增益和最小波束宽度，意味在天线阵的尺寸和天线增益，及天线侧瓣性能两者之间要取得平衡。智能天线通过调节从每一个天线收到的信号的相位与幅度，结合使得形成所需要的波束，此过程称为波束形成。可以形成各种波束--扫描波束、多波束、成型波束、及有受控零位的波束。根据方向图分成两种类：自适应方向图智能天线和固定形状方向图智能天线。 智能天线关键技术是识别信号到达方向以及数字成型的实现，识别信号到达方向AOA（ANGLE OF ARRIVAL）的算法有：MUSIC算法、ESPRIT算法、最大似然算法等。数字成型实现就是选取最佳加权系数，获得最佳波束。自适应算法首先确定准则，常用有最大似然、最大信噪比SINR、最小均方误差MMSE、最小方差，具体产品选择其中一种，图7-3表示形成波束智能天线框图。

图2 波束成型智能天线原理示意图

多波束天线案例

多波束天线试点效果评估报告 2012年12月

目录 1．项目介绍 (3) 1．1．项目背景 (3) 1．2．试点场景 (3) 2．项目价值 (4) 3．技术方案 (4) 3．1 多波束天线 (4) 3．1．1多波束天线简介 (4) 3．1．2多波束天线性能参数 (5) 3．1．3多波束天线技术规格 (6) 3．1．4多波束天线频率规划优势 (7) 3．2试点方案 (9) 3．2．1 纺校学院概况 (9) 3．2．2 改造方案 (10) 4．效果评估 (13) 4．1 区域话务量对比 (13) 4．2 小区话务量对比 (14) 4．3 区域上下行RLC层有效流量对比 (14) 4．4 小区上下行RLC层有效流量对比 (15) 4．5 数据业务KPI指标评估 (15)

4．6 RMS测量报告评估 (16) 4．7 切换成功率 (17) 4．8 切换次数 (17) 4．9 区域路测效果对比 (18) 4．10 定点CQT测试效果对比 (19) 5 . 经济效益评估 (19) 6．总结 (20) 案例一： 1．项目介绍 1．1．项目背景 本试点方案由某运营商与广东博纬通信科技有限公司经过共同技术探讨提出，以纺校DCS基站1800小区为试点场景，对多波束天线进行各项性能及所涉及影响的无线网络指标进行验证试点。 本文档内容主要包含针对多波束天线试点实施的背景、项目价值、天线性能参数、具体实施方案、实施效果验证等。 1．2．试点场景 纺校基站属于中上等类型的高校高话务场景，无线网络呈现高配置、高负荷、高业务需求的特点，纺校DCS基站承载较高的话务负荷，频率资源紧张。 充分考虑多波束天线的特点属性，结合覆盖区域的网络现状，总体的优化策略下沉

常见天线以及调整方法及规范

常见天线以及调整方法及规范 1、板状天线调整方式 板状天线就是定向天线，板状天线是移动通信系统天线的一种，主要用于室外信号覆盖。无论是GSM 还是CDMA、LTE，板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。这种天线的优点是：增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能可靠以及使用寿命长。 1.1 天线方位角调整 使用扳手等工具对锯齿夹码处的螺丝进行松动（上图中红圈位置），然后将天线以安装抱杆为中心转动调节，达到期望方位角后再次将螺丝拧紧固定好。 板状天线方位角调整范围比较大,可以根据实际需求调整.

1.2 下倾角的调节 1.2.1 机械下倾角的调节 使用扳手等工具对连接臂处的螺丝进行松动（图片中红圈位置），然后对天线的机械角度进行调节，达到期望角度后将螺丝拧紧固定好。 电子下倾的调整 1.2.2 电子倾角的调节 板状天线电调有两种，一种是旋转调节，一种是插拔调节。 上图为旋钮式调节电调。旋转旋钮（图中蓝色部分），电调滑标会移动，红色指针（图中箭头指示的地方）到达某一刻度电调即为多少度。

上图为插拔式调节电调。在调节电子下倾的时候直接通过插拔电调滑标（图中红圈标示部分）即可对其进行调节，滑标漏出的刻度即为当前电子下倾值。 电子下倾的可调范围一般在天线标签上都有标示,如下图: 2、美化天线的调节 随着移动通信网络的迅速发展，传统基站天线与周边环境的冲突越来越大，很难融入周边的环境，因此直接影响到城市的美好环境。另外，随着人们环保意识的提高，大多数市民因为对移动通信基站的不了解而对基站进入其周边大楼具有一种盲目的排斥心理。这些都极大地加大了移动通信运营商基站物业协调、工程实施和基站维护等工作的难度。天线美化工程作为一种手段，满足了人们对城市环境要求越来越高的需求，越来越受到有关各方的广泛关注。 美化天线一般可以分为以下几个类型分类： 1、美化排气管

智能天线技术_百度文库概要

TD-SCDMA 智能天线技术 恶劣的无线信道、快速增长的用户容量和有限的频谱资源造就了智能天线技术的飞速发展。智能天线采用空分多址（SDMA ）技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度地利用有限的信道资源。与无方向性天线相比较，智能天线上、下行链路的增益大大提高，降低了发射功率电平，提高了信噪比，有效地克服了信道传输衰落的影响。同时，由于天线主波瓣直接指向用户，减小了与本小区内其它用户之间，以及与相邻小区用户之间的干扰，而且也减少了移动通信信道的多径效应。 1. 基本原理 天线的方向图表示的是天线增益与空间角度的关系，对于全向天线来说，它的方向图是一个圆。目前，基站大部分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。如图1所示，在使用扇区天线的系统中，对于在同一扇区中的终端，基站使用相同的方向图特性进行通信，这时系统依靠频率、时间和码字的不同来避免相互间的干扰。

天线方向图的增益特性能够根据信号情况实时进行自适应变化的天线称为智能天线。由 于终端在尺寸和成本上的限制，目前对于智能天线的研究主要集中在基站侧。以下讨论只针对智能天线在基站上的应用。 智能天线具有根据信号情况实时变化的方向图特性。系统能够以更小的刻度区别用户位置的不同，并通过调整天线阵元中各个元素的加权参数来形成针对性的空间定向波束（图 2），使天线的主瓣方向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，从而达到最大化有用信号、抑制干扰信号的目的。智能天线技术在频率、

时间和码字的基础上，提高了系统从空间上区别用户的能力，很大程度的提高了系统的容量以及其它相关功能（如覆盖范围、用户定位等）。 智能天线包括射频天线阵列和基带信号处理两部分，其基本结构如下图所示。天线阵列部分负责接收空中的射频信号；基带信号处理部分对接收到的信号进行分析和处理，识别用户信号到达方向，并在此方向形成天线主波束。 假设满足天线传输窄带条件，即某一入射信号在各天线单元的响应输出只有相位差异而 没有幅度变化，这些相位差异由入射信号到达各天线所走路线的长度差决定。若入射信号为平面波（只有一个入射方向），则这些相位差由载波波长、入射角度、天线位置分布唯一确定。各个天线的射频单元对接收信号进行处理，再进入一个加权器（即乘以某一系数，通常是复数），最后通过相加器进行合并。对于给定的一组加权值，一定的入射信号强度，从不同角度入射的信号由于在天线间的相位差不同，合并后的输出信号强度也会不同；不同的权值通常对应不同的方向图，因此，智能天线可以通过改变权值来实现对有用信号的选择，这也就是常说的“空间滤波”。 智能天线技术研究的核心是波束赋型的算法。从是否需要参考信号（导频序列或导频信道）的角度来划分，这些算法可分为盲算法、半盲算法和非盲算法三类。非盲算法是指须借助参考信号的算法。由于发送时的参考信号是预先知道的，对接收到的参考信号进行处理可以确定出信道响应，再按一定准则（如著名的迫零准则）确定各加权值，或者直接根据某一准则自适应地调整权值（也即算法模型的抽