多波束天线

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多波束场馆天线解决方案新小美天线,开创5G新时代

多波束场馆天线解决方案新小美天线，开创5G新时代作者：来源：《通信产业报》2018年第35期随着移动通信从1G到4G-LTE的转变，通信天线的关键技术也在发生变化，从模拟系统的全向天线到蜂窝时代的定向扇区天线，从多频共用天线技术到多入多出的MIMO技术，天线一直在解决无线传输中的覆盖、传输速率及通信容量等技术。

5G时代已经来临，5G通信将给用户带来全新的体验，它拥有比4G快十倍的传输速率，对天线系统提出了小型化、智能化、有源一体定制化、多频段、超宽频、多波束、Massive MIMO等要求。

在洛杉矶LACC展览中心刚刚结束的2018美国MWCA移动通信展上，粤海信携多波束场馆天线解决方案、街道站覆盖天线方案及有源一体化覆盖解决方案产品参展，充分体现小美天线的技术生产研发实力。

展会期间，粤海信展台成功吸引了各大运营商及设备商的目光，得到了诸多客户的好评。

四波束场馆赋形天线传统的场馆赋形天线（左），一个矩形波束的信号覆盖区域，多波束场馆天线（右），4个矩形波束覆盖区域，有效地解决了大容量、高密度覆盖场景。

利用街道现有路灯杆体，加装双定向天线沿道路覆盖、加装三扇区定向天线组合集束小区覆盖，整体天线多频段、尺寸小、重量轻（1.5kg以内）。

有效地解决系统扩容及环境协调问题。

街道站覆盖天线方案粤海信有源一体化覆盖解决方案通过天線及有源设备模块一体化集成，外接一个室外引向天线，达到低成本信号覆盖的目的，有效的解决楼宇电梯内、地下停车场等场景的信号覆盖问题。

有源一体化覆盖解决方案佛山市粤海信通讯有限公司位于美丽的天线之都——佛山三水，自2009年1月成立以来，致力于移动通信天线的技术研发、规模生产、服务与销售。

公司主要产品有：Small Cell 天线、街道站美化天线、室内分布天线、基站板状天线、多波束天线、有源一体化天线、物联网天线及特殊场景应用天线。

产品广泛应用于楼宇、小区、轨道交通、体育场馆、物流、公共安全及私人网络。

多波束天线应用研究

多波束天线应用研究作者：邓阳来源：《探索科学》2015年第11期摘要：随着网络规模的不断变大，容量问题、干扰问题和深度覆盖问题也不断显现。

传统天线只能覆盖单个方向，提供单小区容量及覆盖需要。

多波束天线能在单天线中提供多个锐波波束，在提升深度覆盖的同时可提升网络容量。

关键词：多波束天线，容量问题，覆盖，干扰一、多波束天线概念多波束天线是能够产生多个锐波束的天线，这些锐波束可以合成一个或几个成形波束，以覆盖特定的区域。

多波束天线（multi beam antenna）是能产生多个锐波束的天线。

这些锐波束（称为元波束）可以合成一个或几个成形波束，以覆盖特定的空域。

多波束天线有透镜式、反射面式和相控阵式等三种基本形式。

此外还有以相控阵作为反射面或透镜馈源的混合形式。

二、多波束天线特点多波束天线具有以下几个特点：①元波束窄而且增益高，若用多个发射机同时向各波束馈电，可获得较远的作用距离；②合成波束能覆盖特定形状的空域；③能以组合馈源方式实现低旁瓣。

多波束天线不但用于雷达系统，从60年代中后期以来已在卫星通信和电子对抗等技术领域获得应用，成为改进卫星通信系统性能的一项关键性技术，也是现代电子对抗中分选大量目标的一种重要手段。

多波束天线产品，单个天线可以提供相当于传统天线多倍的网络容量，适用于高校校园、广场、火车站、城中村等人口密集的区域。

由单个天线产生三个或五个双极化极窄波束，应用于小区分裂扩容。

同时，因该产品各波束间具有足够高的隔离度，可在实际应用中实现精确覆盖及具有良好抗干扰性能。

三、多波束天线试试效果最终根据多波束天线的适用特点，选择双流的黄河路1800M基站的5小区进行试点。

黄河路基站地处工业园区和工人宿舍区，尤其晚间话务和数据业务经常出现拥塞，经常出现最差小区，且配置较大，不易扩容。

1、多波束天线实施情况双流黄河路1800M于2013年4月11日进行天线改造，4小区和6小区保留不变，5小区使用多波束天线技术，由原来的8载频单独改造成8/8/8的三小区单独站点，方位角由原来5小区的180度改为210度（三个小区相同方向）。

微波天线的多波束形成技术

微波天线的多波束形成技术随着通信技术的飞速发展，微波天线的多波束形成技术也越来越受到关注。

多波束形成技术可以实现在不同方向上同时进行信号传输和接收，从而提高了通信的灵活性和可靠性。

本文将介绍微波天线的多波束形成技术，包括其原理、方法和应用。

原理微波天线的多波束形成技术是基于相控阵原理实现的。

相控阵技术是指将单个天线分成若干小块，每个小块都可以单独控制相位和幅度，从而实现天线波束的定向和调整。

多波束形成技术通过控制不同小块的相位和幅度，将天线的主矢量面向不同的方向，从而实现多个波束的形成。

图1：微波天线多波束形成原理示意图方法微波天线的多波束形成技术可以通过以下两种方法实现：1. 实时波束合成法实时波束合成法是指基于时域处理技术，通过对接收到的信号进行实时处理和计算，从而实现对不同方向波束的形成。

一般来讲，实时波束合成法需要先采集到天线上所有波束接收到的信号，然后经过多通道数字信号处理器(DSP)的计算和控制，最终生成多个不同方向的波束。

这种技术具有响应快、灵活性强等优点，但对硬件性能要求较高。

2. 离线波束合成法离线波束合成法是指将信号拆分成若干个子信号，然后在波束形成器中进行加权和叠加，从而实现不同方向波束的形成。

这种技术优点是精度高，而且计算资源消耗相对较小。

但是需要离线进行处理，响应速度较慢。

应用微波天线的多波束形成技术在通信、雷达和天基遥感等领域都得到了广泛应用。

以通信领域为例，多波束天线可以在不同方向上接收到不同的数据，从而提高系统的可靠性和信噪比，适用于高速移动通信和卫星通信等场景。

此外，微波天线的多波束形成技术还可以应用于军事领域的雷达、电子战和无人机等领域。

多波束雷达可以实现多任务同时处理，提高了战场指挥和防空作战的能力。

而多波束电子战系统则可以较好地实现多目标定位和攻击，大大提高了作战效率。

总结本文介绍了微波天线的多波束形成技术的原理、方法和应用。

虽然此技术有硬件设备要求高、复杂度和物理尺寸大等问题，但其优势明显，在通信、雷达和军事领域有着广泛的应用前景。

多波束形成方法及其实现

多波束形成方法及其实现多波束形成（Multi-beamforming）是一种通过使用多个天线元素来形成多个波束（beam）的技术，以增强无线通信系统的信号质量和容量。

多波束形成可应用于各种无线通信系统，包括无线局域网（WLAN）、移动通信系统（如LTE和5G）以及卫星通信系统等。

本文将介绍多波束形成的基本原理、方法及其实现。

多波束形成的基本原理是通过利用多个天线元素的互相合作来形成多个波束，以提高系统的整体性能。

传统的单波束系统只能向特定方向发送和接收信号，而多波束形成系统可以同时向多个方向发送和接收信号，从而实现更高的信号覆盖范围和通信容量。

1.天线阵列设计：多波束形成需要使用多个天线元素来形成多个波束。

因此，首先需要设计一个合适的天线阵列结构，以满足系统对多个波束的要求。

常见的天线阵列结构有线阵、面阵和体阵等，可以根据具体的应用场景选择合适的结构。

2.信号采集：多波束形成需要对接收到的信号进行采集和处理。

首先，系统需要对每个天线元素接收到的信号进行采集，并将其转换成数字信号。

随后，通过使用AD转换器将模拟信号转换成数字信号，并进行滤波等前处理操作。

4.数据处理：多波束形成系统需要对合成的波束进行数据处理。

首先，系统需要对接收到的信号进行解调和解码，提取出有效的数据信息。

随后，可以对提取出的数据进行误码纠正和信号增强等处理操作，以提高系统的性能。

5. 多用户接入：多波束形成系统通常需要同时支持多个用户的接入。

为了实现多用户接入，系统需要采用多用户的接入技术，如时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）或正交分频多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）等。

通过使用这些技术，系统可以在同一时间和频率资源上同时支持多个用户的通信。

需要注意的是，多波束形成系统的实现需要考虑到系统复杂性和成本等因素。

基于Butler矩阵的双频双极化多波束天线关键技术研究

四、结论
RFID系统标签天线的设计与测量对于整个系统的性能至关重要。在实际应用中，我们需要根据应用需求选择合适的标签类型、材料、尺寸和形状，并进行相应的测量以评估其性能。通过不断优化标签天线的性能，我们可以提高整个RFID 系统的识别率和可靠性。
感谢观看
展望未来，基于本次演示的研究成果，可以进一步开展以下研究：
(1)研究更加高效的多波束形成算法和优化技术，以提高双频双极化多波束天线的波束形成效率和极化纯度；
(2)研究具有更宽带宽的双频双极化多波束天线技术，以适应不同应用场景的通信需求；
(3)研究双频双极化多波束天线的封装技术和集成方法，以提高其可靠性和实用性。
2、天线方向图测量
天线方向图是描述天线辐射特性的重要参数之一。通过测量天线的方向图，可以了解天线的主瓣和副瓣方向，以及在不同方向上的辐射强度。常用的测量设备包括辐射场强测量系统和暗室。
3、天线增益测量
天线增益是描述天线在特定方向上辐射能力的度量。通过测量天线的增益，可以了解天线在不同方向上的辐射能力。常用的测量设备包括比较场强测量系统和暗室。
基于Butler矩阵的双频双极化多波束天线关键技术研究
摘要
本次演示主要研究了基于Butler矩阵的双频双极化多波束天线关键技术。该技术具有广泛的应用前景，如在无线通信、雷达探测和电子战等领域。本次演示通过对双频双极化多波束天线技术的背景和现状进行概括，分析了存在的问题和挑战，并阐述了一种研究设计。实验结果表明，该天线的传输特性和极化特征均表现出良好的性能。最后，总结了研究结果，并指出了研究的局限性和展望未来的研究方向。
3、标签天线的尺寸与形状
标签天线的尺寸和形状对天线的性能有很大影响。一般来说，较大的天线可以提供更好的信号接收能力，但也会增加标签的体积和成本。因此，需要根据应用需求选择合适的尺寸和形状。

多波束天线的关键技术研究

多波束天线的关键技术研究多波束天线是一种先进的通信技术，可以实现在同一时间、同一频段传输多个不同方向的信号。

它在无线通信、雷达、卫星通信等领域有着广泛的应用。

本文将重点研究多波束天线的关键技术，包括天线设计、波束形成算法、多波束信号处理等方面。

多波束天线的首要问题是天线设计。

由于需要同时放射和接收多个波束，传统的单波束天线显然不适用。

因此，设计出具有多个辐射元件或阵元的天线是关键。

通常，多波束天线采用线性阵列或蜂窝状阵列的结构，每个阵元可以独立调节辐射方向和辐射功率。

同时，还需要考虑天线的频率响应、增益、方向性、抗干扰能力等指标的综合优化。

在天线设计的基础上，需要开发有效的波束形成算法。

波束形成是将天线阵列的辐射功率尽可能聚焦到感兴趣的区域，从而提高信号的接收和发送效率。

常见的波束形成算法有波束赋形、最大似然波束形成、Min-Norm波束形成等。

这些算法基于阵列几何和信号模型，利用信号处理方法进行波束权值计算，最终实现波束的形成与控制。

多波束信号处理也是多波束天线的关键技术之一。

在接收端，由于同时接收多个波束信号，需要进行信号的分离和解调。

常用的信号分离方法包括空间滤波、信号特征提取、自适应干扰抑制等。

这些方法通过利用波束形成得到的权值矩阵，将目标信号从干扰信号中分离出来。

同时，在发送端也需要对不同波束进行动态调度和编码，以实现对多用户的分时、分频资源的分配。

此外，多波束天线的关键技术还包括射频芯片设计、天线校准与自适应、多波束天线系统集成等方面。

射频芯片设计是多波束天线的基础，需要满足天线的高频率、宽带、低功耗等要求；天线校准与自适应技术可以提高系统的稳定性和抗干扰能力；多波束天线系统集成包括硬件设计、软件开发和验证测试等环节，是实现系统全面性能的保证。

综上所述，多波束天线的关键技术涉及到天线设计、波束形成算法、多波束信号处理、射频芯片设计、天线校准与自适应、多波束天线系统集成等方面。

这些技术的研究和发展将推动无线通信技术的进步，为人们提供更高质量、更可靠的通信服务。

卫星监测多波束天线技术研究

电波卫士介质透镜1 引言多波束天线能实现一副天线同时接收多路信号的功能，在卫星监测中开始得到越来越广泛的应用。

目前，多波束天线在星载天线上得到了较为广泛的运用，而地球站天线由于较高增益要求使用多波束天线的成本仍然较高，导致运用不够广泛。

随着卫星数量的爆炸性增长，及天线成本的下降，未来多波束天线将是卫星监测天线的主流天线技术之一。

2 多波束天线2.1 多波束天线的定义多波束天线是指能产生多个高增益波束的天线，这些波束（称为元波束）可以合成一个或几个成形波束，以覆盖特定的空域。

目前多波束天线主要有三种形态：透镜式、反射面式、相控阵式等三种基本形式，此外，还有以相控阵作为反射面或透镜馈源的混合形式。

2.2 透镜式多波束天线利用透镜把馈源所辐射的能量汇聚起来形成一个锐波束，当透镜焦点附近设置多个馈源时，便相应形成指向不同的多个元波束。

其工作原理如图1所示。

作者简介：蔡鸿昀，本科，助理工程师，主要从事无线电监测、卫星干扰源上行站定位以及卫星监测设备维护工作，主要研究方向为卫星监测新技术、天线技术研究等。

李思静，本科，工程师，主要从事无线电监测、短波监测定位以及卫星干扰源上行定位工作，主要研究方向为短波监测新技术、信号分析等。

周平，硕士研究生，工程师，主要从事无线电监测、卫星干扰源上行站定位工作，主要研究方向为卫星监测新技术、天线技术等。

卫星监测多波束天线技术研究蔡鸿昀，李思静，周平（国家无线电监测中心深圳监测站，深圳 518120）摘要：本文综述了三种主要形态的多波束天线，并分别给出其工作原理图，对三种基本多波束天线进行了性能比较。

关键词：多波束天线；卫星监测；相控阵天线doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.08.026中图分类号：TN82 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2017）08-0063-05Abstract: This paper reviews three major multi-beam antennas, and describesthe working principle of threekinds of antennas respectively, in addition, performs performance comparison of Threebasic multi-beam Antennas.Keywords: multi-beam antenna; Satellite monitoring; Phased array antennaCai Hongyun, Li Sijing, Zhou Ping(National Radio Monitoring Center Shenzhen monitoring station, Shenzhen, 518120)Research on Multi-beam Antenna Technology图1 多波束透镜天线工作示意图由于馈源偏离透镜焦点会引起彗形像差而使旁瓣电平升高，馈源的偏焦角不能过大，但可适当组合多个喇叭组成馈源阵来压低波束的旁瓣电平。

相控阵天线多波束切换算法-概述说明以及解释

相控阵天线多波束切换算法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述引言部分是整篇文章的开端，用以介绍文章的主题和目的。

在"相控阵天线多波束切换算法"这篇文章中，我们将介绍相控阵天线、多波束切换算法的概念和原理，探讨多波束切换算法在通信系统中的优势和挑战。

通过深入探讨这些内容，我们旨在为读者提供关于相控阵技术和多波束切换算法的全面理解，并展望未来在这一领域的研究方向和发展趋势。

1.2 文章结构本文主要分为三部分：引言、正文和结论。

第一部分引言中，将对相控阵天线多波束切换算法的背景和意义进行概述，介绍文章的结构框架，并明确本文的研究目的。

第二部分正文将详细介绍相控阵天线的原理与应用，多波束切换算法的概念以及其优势与挑战，为读者提供全面深入的理解。

第三部分结论将总结本文的主要内容和研究成果，展望未来在相控阵天线多波束切换算法领域的研究方向，为相关领域的研究工作提供一定的参考和借鉴。

1.3 目的：相控阵天线技术作为一种先进的通信技术，在无线通信领域具有广泛的应用前景。

多波束切换算法作为相控阵天线的重要组成部分，在实际应用中发挥着至关重要的作用。

本文旨在深入探讨多波束切换算法的原理、应用和优势，旨在帮助读者更全面地了解该算法的工作机制，提高对相控阵天线技术的理解和运用能力。

同时，通过研究多波束切换算法的性能和挑战，为今后相关领域的研究和应用提供参考和指导，促进该技术的进一步发展和应用。

2.正文2.1 相控阵天线的原理与应用相控阵天线是一种利用多个单元天线进行波束形成，从而实现波束的指向和调整的技术。

相控阵天线由许多具有独立相位控制的天线元件组成，这些天线元件可以通过调整相位差来实现在特定方向上的波束形成。

相控阵天线通过在不同方向上的波束形成，可以实现信号的定向传输和接收，从而提高通信系统的性能和容量。

相控阵天线在无线通信系统中具有广泛的应用，特别是在5G和毫米波通信中。

通过利用相控阵天线，可以实现波束对准、波束跟踪和波束切换等功能，从而提高系统的覆盖范围和传输速率。

新型宽带数字多波束相控阵天线设计

（１．ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３６，Ｃｈｉｎａ；
可靠性也显著降低。基于软件无线电思想，利用超外差结构实现宽带信号变频，并对瞬时带宽内的
信号同时进行模／数或数／模变换，再根据串口提供的每个波束方位、俯仰和频率等信息，在基带实现数字多波束形成。设计了一套ｓ频段、瞬时宽带１００ＭＨｚ的数字多波束相控阵天线系统。测试结果
２．ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４Ｏ００４４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｎｕｍｂｅｒｓｏｆｂｅａｒｎｆｏｒｍｉｎｇ，ｔｈｅｗｅｉｇｈｔ，ｓｉｚｅ，ｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｄｉｇｉ — ｔａｌｍｕｌｔｉ．ｂｅａｍｐｈａｓｅｄａｒｒａｙａｎｔｅｎｎａｓｍａｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｉｇｎｉｉｃｆａｎｔｌｙ，ａｎｄｈｅｔｓｙｓｔｅｍＳｂａｓｉｃｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｗｉｌｌｄｅｃｅａｒｓｅｓｉｇｎｉｉｃｆｎｔａｌｙ．Ｂａｓｅｄｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｒａｄｉｏｔｈｅｏｒｙ，ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｓｕｐｅｒｈｅｔｅｒｄｙｏｎｅｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｗｉｄｅｂａｎｄｓｉｇｎａｌｒｅｆｑｕｅｎｃｙｃｈｎｇａｉｎｇ，ａｎｄＡ／ＤｏｒＤ／Ａｃｏｎｖｅｔｅｒｒｏｆｓｉｎａｇｌｓｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｉｎｉｎｓｔｎｔａｎｅａｏｕｓｂａｎｄ— ｗｉｄｔｈｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｚｉｍｕｔｈａｎｇｌｅ，ｐｉｔｃｈａｎｇｌｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｅｓｕｐｐｏｔｅｒｄｂｙｓｅｒｉｅｓｐｏｒｔ，ｔｈｅｍｕｌｔｉ．ｂｅｍａｉｓｆｏｒｍｅｄｉｎｔｈｅｂａｓｅｂａｎｄ．ＡｎＳ．ｂａｎｄｄｉｇｉｔａｌｍｕｌｔｉ — ｂｅａｍｐｈｓｅａｄａｒａｙａｎｔｅｎｎａｗｉｔｈ１００ＭＨｚｉｎ— ｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｂａｎｄｗｉｄｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｈａｔｔｔｈｅＴ／Ｒａｎｔｅｎｎａｓｃａｎｆｏｒｍｔｈｅｅｒｉｎｄｅ — ｐｅｎｄｅｎｔｂｅａｍｓｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ．Ｉｎｔｈｅａｚｉｍｕｔｈａｌｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｃｎｌｅ０。～７０。，ｔｈｅ

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。

星载多波束天线角分辨率确定的波束宽度星下半锥角

星载多波束天线角分辨率确定的波束宽度星下半锥角星载多波束天线角分辨率、确定的波束宽度以及星下半锥角是卫星通信领域中的重要概念，它们能够影响到卫星通信的性能和覆盖范围。

在本文中，将详细介绍这些概念，并探讨它们的应用。

首先，我们来了解一下星载多波束天线角分辨率。

天线角分辨率是指一个天线系统可以对空间中两个信号源之间的最小角度差进行正确分辨的能力。

对于星载多波束天线来说，角分辨率决定了它能够在空间中准确定位不同的信号源。

较低的角分辨率意味着天线对于空间中接近的信号源无法正确区分，因此可能会导致通信的混乱和干扰。

而较高的角分辨率，则意味着天线可以很好地分辨出接近的信号源，从而提高通信的可靠性和稳定性。

为了理解星载多波束天线的角分辨率，我们需要先了解一些基本概念。

一个天线系统通常会由多个天线单元组成，每个天线单元都能够产生一个波束，波束的方向和宽度可以调整。

波束的方向是通过调整天线单元的相位和振幅来实现的。

波束的宽度则是指波束的展宽，它会决定波束中信号强度的分布情况。

一个星载多波束天线可以同时产生多个波束，每个波束都有不同的方向和宽度，这样就可以同时覆盖更大的地面范围。

在星载多波束天线中，角分辨率取决于波束的宽度和设计频率。

一般来说，波束的展宽会导致角分辨率的降低，因为一个较宽的波束可以涵盖更大的空间范围，这样就无法对空间中较接近的信号源进行准确分辨。

然而，较窄的波束可能会导致覆盖范围的减小，从而无法满足通信需求。

因此，在设计星载多波束天线时需要权衡波束的宽度和角分辨率的关系，以满足通信系统的要求。

另一个与星载多波束天线有关的重要概念是确定的波束宽度。

确定的波束宽度是指天线系统中各个波束的宽度都是固定的，不会随着频率或波束方向的变化而改变。

确定的波束宽度的优势在于可以提供一致的通信性能，因为不同的波束之间没有明显的性能差异。

然而，由于确定的波束宽度是固定的，它可能无法满足不同通信需求的变化。

例如，某些情况下需要更大的覆盖范围，而另一些情况下则需要更高的角分辨率。

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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,而反射面的形状的设计,可用几何光学或物理光学方法.这样得到的天线称为赋形天线.图2给出了采用口面综合设计的赋形反射面天线所得到的覆盖美国大陆的方向图[6].（美国）日本地图全貌实现方向图调整,得到赋形束的另一方法是调整MBA的馈元阵各辐射元激励的相位和振幅[给出了日本电报电话公司研制的多波段卫星通信天线系统Ku波段覆盖日本全境的赋形方向图。

（(3)非固定区域点波束覆盖非固定区域点波束覆盖是指所有点波束在3dB处彼此相互连接,总波束覆盖一定面积的区域,但覆盖区域随卫星的运动而移动.这种方式往往用于非同步(低,中轨)卫星通信系统.使用这种卫星通信系统,当地面终端由于卫星的运动(和由于地面终端本身的运动)从一个点波束下移动到另一个点波束下时,由于采用了波束切换技术,通信不会受到影响.图4给出了37个点波束覆盖的示意图,美国的Odyssey,欧洲航天局的MAGSS-14移动卫星通信系统就是采用这种37束的点波束覆盖.MBA有三种基本类型:反射式MBA,透射式MBA和直接辐射相控阵MBA.一般来说,反射式MBA和透射式MBA重量较轻,结构简单,设计技术比较成熟,因而最先得到广泛应用;相控阵MBA随着MMIC技术和固态功率放大技术的发展也应用于卫星天线.它具有一系列好于前二者的优点,如较高的口面效率,没有泄漏损失,没有口面遮挡,可靠性高等;然而其重量较重,结构和制造工艺复杂,以及功率损耗较高等缺点也是不容忽视的当今反射面的发展在于结构高精度、成形反射面、再构形反射面以及二向色性多频段反射面的研究与开发，星上天线的再构形能力，无中间互调多波束成形网络的研制、MMIC 技术，除此以外,为了减轻反射面的重量,对厘米波段采用薄壳技术;对毫米波、亚毫米波段,研究引入新材料或有源表面控制,以减轻重量和高频损耗;对于低频段,直径达20m的大型反射面必须采用可折叠的天线2 反射式MBA和透射式MBA反射式MBA和透射式MBA具有相似的结构,通常由聚束器件(反射镜或透镜),初级辐射器阵列(喇叭或其他天线阵列)已及其他有关组件(如馈源阵相位振幅控制器(PAC),束形成网络(BFN)等)组成,有多种类型:—按聚束器件的数目可分为单口面式或多口面式;—按初级辐射器的数目可分为单喇叭式或多喇叭式;—按形成点束的方式可以分为基本成束法或增强型的成束法因此,实际的MBA可能有多种组成方案,如单口面多喇叭反射式MBA,多口面多喇叭透射式MBA等等,基本目标是使最小覆盖区域(一个点波束内)的增益取极大值,同时兼顾低旁瓣和交叉极化电平的要求.以下着重阐述单口面设计和多口面设计、多喇叭阵列的基本成束法和增强型成束法以及反射式设计和透射式设计等几种最常用的类型的原理、结构、优缺点等有关问题。

2.1单口面设计和多口面设计MBA的多个波束可以通过一个口面产生,也可以通过多个口面产生,分别称为单口面设计和多口面设计..研究表明,与单口面MBA相比,多口面MBA确实具有增益高,旁瓣电平低及抗干扰性能好的优点。

图5给出了单口面,三口面和四口面设计产生19个点波束的示意图.从图中可以看出,对单口面设计,所有的波束均是由同一个口面产生的,而对多口面设计,相邻的波束是通过不同的口面产生的.也就是说,同一口面产生的波束在地面是被其它口面产生的波束分隔开的.这样一来,对多口面设计,同一口面产生的波束的最小间隔(对应于两波束中心的距离或半功率宽度)就分别增加到单一口面时的3倍(对三口面)或2倍(对四口面),如图所示.较大的束间隔使得我们可以扩大喇叭口径来减小泄漏,从而提高增益和改善旁瓣水平.加拿大的一个军事卫星通信系统采用了多口面MBA,用四个介电透镜实现了全球覆盖。

研究表明,尽管多口面MBA具有增益高,旁瓣电平低及抗干扰性能好的优点,但其结构复杂,质量重,加工制造和卫星发射方面的费用较高,还可能产生由于不同口面的瞄准误差不同所引起的覆盖失真.因此,在选择使用这两种设计时,必需综合考虑各方面的因素。

多口MBA 的另一重要功能是提高卫星通信系统的频率利用率.例如,在图5(b)和(c)中,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ分别代表使用不同频率的小区,频率复用率分别为3、和4。

2.2多喇叭阵列的基本成束法和增强型成束法正如上节所述,单口面多喇叭MBA的增益比多口面多喇叭MBA的增益低,但具有结构简单,重量轻,造价低的优点,因此仍然受到重视.本节主要分析比较单口面多喇叭MBA的两种成束方法.采用单口面多喇叭系统产生多波束有两种方法:一种是比较简单的基本成束法,另一种是较为复杂的增强型成束法.图6给出了两种方法的示意图。

图6(a)所示的为基本成束法,其特点是每一波束来源于一个喇叭.这种设计的优点是结构简单,缺点是增益不高,通常要比单个喇叭时的优化峰值增益低2~3dB,这是因为要提高增益,就需要较大的喇叭口径,然而大的口径又使旁瓣水平和相邻束覆盖性能变坏.文献[14]研究了喇叭口径对天线特性的影响,指出要满足3dB的相邻束覆盖的要求将导致-19dB的高旁瓣水平;而要实现-30dB的低旁瓣水平设计又会产生-23dB的相邻束覆盖.因此,基本成束法不能同时满足低旁瓣水平和好的相邻束覆盖的要求。

增强型成束方法如图6(b)所示.每一波束是由一组喇叭产生,即每一波束是由一组喇叭中的每个喇叭产生的分波束。

迭加而成的复合束.例如波束2是由喇叭1,2,3,7,8,9,19所产生的分波束的迭加.这里,由六个喇叭(7,8,9,19,3,1)成圆环状绕一个喇叭(2)组成的七元阵喇叭群是MBA常用的一种馈源阵.这种七元阵的优点在于它比基本成束法具有更多的自由度来调节优化MBA的各种性能.例如,它可以通过调节七元阵中处于圆周上的某些喇叭的振幅和相位在围绕中心束的360度方向上控制旁瓣水平,它可以通过改变各喇叭的激励来实现所需要的方向图以消除干扰和阻塞。

2.3反射式和透射式MBA采用反射式设计还是透射式设计要按要求和所能实现的条件而定,目前两种设计都被应用.一般地说,多口面MBA较多地采用透镜式设计;单口面MBA既可采用反射式设计也可采用透射式设计.但是,文献[14]认为,对单口面MBA,透射式系统的重量至少是反射式系统的两倍,因而更多地采用反射镜式设计.反射式设计又多采用偏置结构.采用偏置结构,不仅避免了反射面对馈源的反作用,也避免了馈源对反射面的遮挡,有利于提高天线增益和降低旁瓣水平.但是由于采用了偏置,反射面必不对称,交叉极化电平会有所提高.反射面有抛物线型,双曲线型,赋型等.采用偏置双曲面镜作MBA,其缺点是口径较大,交叉极化电平较高,还有由于偏焦所引起的扫描束方向图畸变[18].目前应用较多的是辐射元置于焦面上的偏置抛物面反射镜和赋型反射镜。

2.4 MBA设计2.4.1 一般原则：在这种天线的设计中，首先要确定天线的几何参数，包括反射面的口径D、馈源高度h、焦距F、馈源尺寸、馈源阵尺寸等。

这些可以根据所要求的增益、副瓣电平、正交极化电平及交叠电平来决定，然后再确定馈源的激励系数。

多波束天线技术中,反射面天线的口径D、焦距F、喇叭尺寸以及馈源阵的排列、工作频率的选择等等,这些因素相互制约。

波束设计就是用一组合适的波束来覆盖服务区。

优化过程是在综合各种因素、兼顾不同需求的条件下,反复比较、筛选中完成的。

在天线设计及波束优化中需要考虑和满足下列要求:·子波束指向星视地图上的指定位置。

·为使系统能正常运行,服务区内波束增益的起伏应控制在2dB左右。

·子波束交接电平的选择应兼顾上、下行工作频率及中心波束与边缘波束。

·高增益、低旁瓣和高波束效率的要求。

2.4.2 反射面型式和口径D的选取一般情况下,在用反射面天线实现多波束时,为了避免由于馈源阵尺寸庞大而造成的遮挡影响,天线采用偏置抛物面形式,馈源阵处于焦平面上。

在这种天线的设计中，首先要确定天线的几何参数，包括反射面的口径D、馈源高度h、焦距F、馈源尺寸、馈源阵尺寸等。