天线阵赋形天线设计方法
赋形低幅瓣毫米波梳形天线阵的设计与分析
收 稿 日期 ｔＯ ０ １ —１ ２１— １ ８
作 者 筒 介 ｔ 月娟 （ ９８ ） 女 ， 程 师 ， 要 从 事 天 线 技 术 王 １７一 ， 工 主
的研 究 。
响小 ； 毫米波 探测器 具有 较高 的空 间分 辨力 ， 较强 的抗 干扰能力 和 较好 的低 仰 角探 测 特性 ； 时体 同
第１ 期
王 月 娟 ： 形 低 幅 瓣 毫 米 波梳 形 天 线 阵 的 设 计 与 分 析 赋
积小 、 重量 轻 ， 于 弹载使 用 。 便
瓣、 宽频带 ， 主波束 倾斜 方 向可在 辐射 空 间指 向任 意角 度 ， 端 包 含 吸 收 负 载 。线 阵 的 结 构 如 终
图 １所 示 。
第 ３ ２卷 第 １ 期 ２ｌ ０ １年 ３月
制 导 与 引 信ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ＧＵＩ ＤＡＮＣＥ ＆ ＦＵＺ Ｅ
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ １ １３ ．
Ｍ ａｒ ２Ｏ１ ． １
文 章 编 号 ： ６ １０ ７ （ ０ １ ０ — ０ ６ ０ １ ７ — ５ ６ ２ １ ） １０ ３ — ４
ａ ｏ ｓ ｄ －ｏ ． Ｔｈｅ ｃ ｒ ｎｔ ｄ ｓ ｒｂ ｉ ｎ ｏ ｈｅ ａ ｒ ｙ ｉ ａ ｌ ｒ ｃ ｒ ｅ ｉｔ ｉ ｕｔｏ ｎｄ ｌ ｗ ｉ ｅ ｌ ｂｅ ｕｒ ｅ ｉｔ ｉ ｕｔｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｓＴ ｙ ｏ ｕ ｒ ｎｔ ｄ ｓ ｒｂ ｉ ｎ， ａ ｎｄ ｔ ｉ ｏ ｃ ｉｖ ｓ一 ２ ｈｅ ｓｄｅ ｌ ｂｅ ａ ｈ ｅ ｅ ５ ｄＢ．
微 带梳 形 阵。阵 列单元 电流值采 用泰勒 分布 ， 幅瓣 电平优 于一２ Ｂ ５ｄ 。天 线辐射 方向 图是 个 漏 斗形 方向 图 ， 具有 定向辐射 及低 副瓣特性 。
5g天线波束赋形
5g天线波束赋形5G天线波束赋形引言：随着5G通信技术的快速发展，天线技术也得到了长足的进步。
其中，5G天线波束赋形成为一项重要的技术手段，可以提高无线信号的传输效率和覆盖范围。
本文将详细介绍5G天线波束赋形的原理、应用场景以及未来发展方向。
一、5G天线波束赋形的原理1.1 天线波束赋形概述天线波束赋形是一种通过控制天线辐射方向性的技术，使信号能够更加集中地传输或接收。
通过调整信号的相位和幅度，可以实现天线辐射方向的精确控制，从而提高信号的传输效率和覆盖范围。
1.2 波束赋形的工作原理5G天线波束赋形基于多天线的技术，利用多个天线单元组成的阵列，在发射和接收信号时，通过调整各个天线单元的相位和幅度来实现波束的形成和赋形。
具体而言，可以通过信号处理算法计算出最佳的波束赋形参数，并将其应用于各个天线单元，从而实现对信号的精确控制。
二、5G天线波束赋形的应用场景2.1 室内覆盖在室内环境中，5G天线波束赋形可以通过调整信号的传输方向和能量分布，提高信号的覆盖范围和传输速率。
通过将信号集中在特定区域内，可以有效地提供稳定的室内网络连接，满足用户对高速、稳定的无线通信需求。
2.2 高速移动通信在高速移动通信场景中，5G天线波束赋形可以通过快速跟踪和调整波束的方向，实现对移动设备的精确定位和跟踪。
通过将信号精确地指向移动设备，可以提高信号的传输效率和稳定性，从而实现高速移动通信的需求。
2.3 网络容量提升5G天线波束赋形技术可以通过控制信号的传输方向和能量分布，有效地提升网络的容量。
通过将信号集中在特定区域内，可以提高网络的覆盖范围和信号质量，从而支持更多的用户和设备同时接入网络，提升网络的总体容量。
三、5G天线波束赋形的未来发展方向3.1 智能化和自适应未来的5G天线波束赋形技术将更加智能化和自适应。
通过结合人工智能和机器学习等技术，可以实现对信号传输环境的实时感知和自动调整，从而提高信号的传输效率和质量。
基于非均匀特异媒质的赋形天线设计
对地雷达搜索等应用中，考虑到地球表面的曲线影响，天
损耗大的缺点，结构也相对简单，但是赋形能力有限 [8]。
线主波束边缘和中央轴向与地面之间有较大距离差，马
阵列赋形属于阵列天线方向图综合的范畴，是利用馈电
鞍形波束赋形天线能够补偿到地面的距离不同引起的损
功分网络，通过调整阵元的激励幅度，激励相位，或者调
角大，可以实现大范围的波束信号覆盖，飞行器遥控系统
但天线系统的大量Байду номын сангаас销将花费在设计和调整波束形成网
天线，我国的北斗双星定位系统天线，美国的 GPS 系统天
络上，并且复杂的波束形成网络会引起射频损耗降低天
线均需要使用这种宽角波束天线[2]。在卫星对地通信、空
线系统的增益 [7]。单馈源反射面赋形克服了多馈源赋形
this paper，a proposed layer consisted of square patches with different size is designed and then placed in front of a rectangular
patch antenna working at a frequency of 5.8 GHz. Both simulation and measurement show that the non⁃uniform metamaterial lay⁃
[1]
束进行赋形，即赋形天线 。卫星通信、通信基站、雷达、
励 幅 度 和 激 励 相 位 ，另 一 方 面 还 可 以 调 节 反 射 板 的 形
遥感遥测、飞行器通信等领域都广泛应用着各种赋形天
状、大小、放置位置来对天线方向图进行赋形，这样大大
线。例如，宽角波束赋形天线，其辐射方向图的主瓣空间
赋形反射面天线及馈源系统研究
赋形反射面天线及馈源系统研究赋形反射面天线及馈源系统研究引言：随着无线通信技术的飞速发展，无线网络需求不断增长，对天线和馈源系统的研究也变得越来越重要。
赋形反射面天线及馈源系统是一种特殊的天线系统，通过控制反射面的形状和馈源的设计，可以实现对电波的精确控制和改变，以达到更好的无线通信性能。
一、赋形反射面天线的原理赋形反射面天线的基本原理是利用反射面的形状和曲率来实现对天线辐射功率的精确控制。
通过使用不同的曲率，可以改变天线的功率分布和辐射方向，从而优化信号覆盖范围和传输质量。
二、赋形反射面的设计方法1. 数值模拟：利用计算机仿真软件，根据电磁场分布和传输需求等因素，进行数值模拟和分析，优化赋形反射面的曲率和形状，以达到最佳的辐射特性。
2. 光学设计思想：借鉴光学领域的设计方法，利用折射、反射、透镜等原理，设计出具有特定辐射特性的赋形反射面。
3. 智能化设计：结合人工智能技术，利用数据驱动的方法进行设计，通过机器学习和优化算法，找到最优的赋形反射面形状和曲率。
三、赋形反射面天线的馈源系统设计赋形反射面天线的性能不仅取决于反射面的形状，还与馈源系统的设计密切相关。
合理设计和优化馈源系统可以实现更高的辐射效率和信号质量。
1. 频率选择：根据工作频率的要求，选择合适的馈源系统，包括放大器、滤波器等组件，以提供频率稳定和干净的信号。
2. 驱动方式：根据不同的应用场景，选择合适的驱动方式，如单极化驱动、双极化驱动等，以适应不同的通信需求。
3. 匹配技术：通过优化馈源系统的阻抗匹配，提高能量传输的效率，减少信号的损耗和波动。
四、赋形反射面天线的应用前景赋形反射面天线及馈源系统具有许多潜在的应用前景，有助于改善无线通信的性能和可靠性。
以下列举了几个有应用前景的领域：1. 5G通信：赋形反射面天线可以对5G信号进行精确控制，实现更广覆盖范围和更高的传输速率。
2. 卫星通信：利用赋形反射面天线的形状和曲率优化卫星通信的发射和接收性能，实现更高的数据传输率和更广的覆盖范围。
天线阵列设计
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赋型原理
二、Klopfenstein渐变
( ) 1 e1 j (x1)L
0
A2 I1(A
(1 x2 )) dx 0e jl
1cos(lx)A I1(A
(1 x2 )) dx
2 1
cosh A A (1 x2)
cosh A 0
A (1 x2 )
与前式对比，令y=A, x=l, 得到
天线阵列设计
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目录
一、赋型原理 二、赋型设计 三、阵列设计
一、赋型原理 二、赋型设计 三、阵列设计
Page3
赋型原理
一、天线阵辐射方向图合成公式
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赋型原理
一、天线阵辐射方向图优化公式
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赋型原理
二、Klopfenstein渐变
n其n忍多节节中 度 项反总为式，射长低T系n度截为数，止n的阶k波为精切长通确比，带结雪L果夫为容， k02Z2(21Z/21kkT2T0Tnnn12(((ccccocooosossss10l0l0ll/l///n/nnnn))))1/ 2
5+6（280+102）
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阵列设计
三、三频天线：低频移相器组件
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阵列设计
四、三频天线：高频移相器组件
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End and Thanks
Page26
网络设计
二、介质支撑的影响
1. 尺寸影响>介电常数 2. 加在较宽的线上 3. 做成组件
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网络设计
三、边界条件问题：接地
表面粗糙度
趋肤效应
Page21
阵列设计
一、三频天线：共轴和并排方案
基站天线的天线阵列设计与优化
基站天线的天线阵列设计与优化一、引言基站天线在移动通信领域中扮演着至关重要的角色，而天线阵列作为一种新型的天线形式，具有较强的指向性和波束赋形能力，能够有效提高天线的增益和通信质量。
本文旨在对基站天线的天线阵列设计与优化进行探讨和研究。
二、天线阵列的设计原理天线阵列是将多个天线按照一定的几何结构排列在一起，通过信号的相位和幅度控制实现波束赋形，以便对目标区域进行精确指向信号传输。
天线阵列的设计原理主要包括阵列结构设计、波束赋形算法及信号处理模块。
1. 阵列结构设计天线阵列的结构设计包括天线的排列方式、阵元间距、阵列形式等。
不同的排列方式和形式会影响天线阵列的指向性和波束赋形性能，因此在设计过程中需要充分考虑目标覆盖区域和通信需求。
2. 波束赋形算法波束赋形算法是天线阵列实现指向性传输的关键，常见的波束赋形算法包括波束扫描、最大信噪比和最小均方误差等，通过优化算法可实现对目标信号的精确定向传输。
3. 信号处理模块天线阵列的信号处理模块主要包括数字控制单元和相位调节器等，通过对输入信号进行相位和幅度的实时调节，实现波束的精确赋形和切换。
三、天线阵列的优化方法天线阵列的设计与优化是为了实现更好的均匀覆盖和异物区域消除，提高通信系统的使用效率和性能。
天线阵列的优化方法主要包括阵列元件的优选、波束赋形算法的优化和多天线协同传输等。
1. 阵列元件的优选在天线阵列的设计中，选用合适的阵列元件对天线阵列的性能至关重要。
如选择合适的阵列单元和射频模块可大大提高阵列的辐射效率和增益，从而改善通信质量。
2. 波束赋形算法的优化针对不同的通信场景和需求，天线阵列的波束赋形算法需要进行相应的优化。
如针对密集城市区域的通信需求可采用波束扫描算法，而对于长距离通信可采用最大信噪比算法。
3. 多天线协同传输多天线协同传输是指将多个天线阵列之间进行协同通信，通过相互配合和干涉消除技术，实现更加高效和稳定的通信传输。
在基站覆盖范围有限的情况下，多天线协同传输可有效扩大通信覆盖范围。
波束赋形天线阵列的制作方法
波束赋形天线阵列的制作方法1.确定系统需求：在制作波束赋形天线阵列之前，需要首先确定系统的需求，包括通信频率范围、通信距离、通信带宽等。
这些信息将决定天线阵列的设计参数和构造。
2.设计天线元素：根据系统需求，设计单个天线元素的参数。
天线元素可以是单极子天线、双极子天线或者其他特殊形状的天线。
参数的设计包括天线尺寸、天线形状、天线材料等。
3.计算天线阵列参数：根据所需的波束特性，计算天线阵列的参数，包括天线元素的间距、阵列的大小以及阵列的形状。
这些参数的选择将决定天线阵列的波束形成性能。
4.制作单个天线元素：根据设计的参数，制作单个天线元素。
制作过程中需要选择合适的天线材料，如铜、铝、金属合金等，并根据设计要求切割、折弯或打孔等加工。
5.连接天线元素：将制作好的天线元素按照计算得到的阵列参数连接在一起。
连接方法可以有线连接和无线连接两种，根据需求选择适合的连接方式。
6.添加天线阵列控制电路：为天线阵列添加控制电路，以实现波束赋形功能。
控制电路可以采用模拟电路或数字电路，通过调整电路中的相位和幅度可以控制天线阵列的辐射方向和波束特性。
7.测试和调试：制作完成后，对天线阵列进行测试和调试。
可以使用天线测试仪器进行辐射特性测试，比如测量增益、方向图和波束宽度等参数。
在调试过程中可能需要调整阵列参数和控制电路以达到设计要求。
8.优化和改进：通过测试和调试，根据实际情况进一步优化和改进天线阵列的设计。
例如，可以修改天线元素的形状和尺寸，改变阵列的布局或者调整控制电路的参数，以提高波束赋形效果和系统性能。
总结：制作波束赋形天线阵列是一个复杂的过程，需要深入了解天线理论、电磁场理论和信号处理等知识。
通过合理的设计和调试工作，可以实现对无线通信信号的定向传输和干扰抑制，提高系统的性能和可靠性。
超宽带阵列天线波束赋形技术
超宽带阵列天线波束赋形技术
超宽带阵列天线波束赋形技术是一种通过调整天线阵列中每个天线元素的相位和振幅来实现具有特定方向性和波束形状的信号发射或接收的技术。
它可以在空中传输多个独立的数据流，并提高通信系统的容量和效率。
超宽带阵列天线波束赋形技术的主要原理是利用天线阵列中的每个天线元素的相位差，使得相位叠加在某个方向上产生增强的信号，从而形成一个窄束。
这样一来，信号的传输方向性就可以被控制，可以避免多路径干扰和信号衰减，提高信号的传输质量和传输距离。
超宽带阵列天线波束赋形技术在无线通信领域有广泛的应用，例如室内Wi-Fi覆盖、5G通信系统、雷达系统等。
通过波束赋形技术，可以实现高速、高容量的通信，提高通信质量和用户体验。
同时，它也有助于降低功耗和减少电磁辐射，提高天线能效和系统效率。
总的来说，超宽带阵列天线波束赋形技术通过调整天线阵列中每个天线元素的相位和振幅，使得信号具有特定方向性和波束形状，从而提高通信质量、传输距离和系统效率。
它是无线通信领域中的重要技术之一，具有广阔的应用前景。
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等幅度等相馈电 合成方向图
产生了零点
产生了零点
2 激励关系
ac1=aa1*exp(i*ppa1)-ab1*exp(i*ppb1) ac2=aa2*exp(i*ppa1)-ab3*exp(i*ppb3) ac3=aa3*exp(i*ppa1)-ab3*exp(i*ppb3) ac4=aa4*exp(i*ppa1)-ab4*exp(i*ppb4)
赋形天线设计方法
目录
• • • • • • 线阵天线原理 赋形天线的基本理论 单元方向图 赋形天线模型 指标优化 灵敏度分析
阵列天线原理
1 直线阵
E E1 E2 ... En
E Ei
Ei Ii * fi ( , ) * e j*i Ii e j*i * fi ( , ) * e j*k*di *sin
4 整列优化结果
换算出实 际功分器 的功分比
四舍五入 计算成实际 的电缆长度
5 观测仿真结果
6 结果验证和比较
激励:0.557<-3,0.557<-22,0.437<15.5,0.437<-6;从上至下 Ie3d仿真结果
结果比较
Ie3d仿真结果 电路模型 公式模型
第i个单元的幅度和相位 第i个单元的单元方向图 第i个单元的空间位置
i 1 N
2 等幅、等相激励的等间距、等单元方向图的线阵
E I * e j* * f ( , ) * e j*k *(i 1)*d *sin( ) K * f ( , ) * f ' ( , )
赋形天线模型
1 公式模型：
G( , ) (
1
I
i 1
N
2 i i 1
N
I i * e j* i * f i ' ( , )) 2
f ’ , )包含空间位置的单元方 ( 向图 I和分别为馈电的幅度和相 位
2 microwave office下的电公式模型
提取单元方向图 设置激励幅度和相位变量 求和 电流归一化
合成方向图的激励 原方向图的激励 差方向图的激励
方向图求差:
sum_c=sum_a-sum_b
单元方向图
1 单元方向图产生说明：
a 单元方向图有软件或者测试产生，其方向图数据应包括幅度和相位。 b 对于单元数多时，可忽略边缘单元的不同。 c 用软件仿真整体模型的方向图时，方向图数据包含了方位因子。 d 得到单元的方向时，要注意方向性系数。
f ' ( , ) sin N 2
i 1
N
sin
单元方向图
阵列方向图
k * d * sin( )
2
3 例子: 间距为0.868波长，8个单元的天线阵
不扫描
扫描
单元方向图
基本理论
1 简单理论
sum_c=sum_a-sum_b
增益下降
等幅度馈电,波束扫描
3 microwave office下的电路模型
4 方向图显示
4单元ie3d仿真结果
4单元公式模型合成结果
4单元电路模型合成结果
指标优化
1 设置优化变量
可调节选项 可优化选项 调节和优化范围选项
变量范围
2
设置优化目标
增益控制
上旁瓣抑制 下零点填充
3 选取优化方法,优化指标
选取优化方法
优化次数 优化目标值
2 用ie3d得到方向图：
a 建模型 b 仿真，得出电流文件。 c 计算电流文件，得出MPA文件。 d 通过馈电，得出每个单元的PAT文件。 e 对双极化天线的PAT文件进行处理。 f 对PAT文件进行处理，得到能使用的S2P文件。
3 以一个4单元、单极化、简化天线为例子，生成4各单元的 方向图数据。 a 单元间距d＝300，f＝900MHz。 b 生成4-1.s2p,4-2.s2p,4-3.s2p,4-4.s2p和4. mpa