四波束切换天线的分析与设计
4g波束赋形
4g波束赋形4G波束赋形随着移动通信技术的不断发展，4G技术已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分。
而在4G技术中，波束赋形是一项重要的技术，它可以提高网络容量和覆盖范围，改善用户体验，实现更快、更稳定的网络连接。
波束赋形是一种利用天线阵列技术的信号处理技术。
通过调整和优化发送信号的方向和强度，可以将信号在特定方向上进行聚焦和增强，从而提高信号的传输效率和质量。
在4G系统中，波束赋形可以用来解决信号衰减、干扰和多径效应等问题，提高网络的性能和可靠性。
波束赋形技术的核心是天线阵列的设计和控制。
在4G系统中，通常会采用多个天线组成的天线阵列，这些天线可以分别发送或接收信号，并通过控制相位和振幅来形成特定的波束。
通过调整天线元件之间的相位差和幅度差，可以实现波束在空间上的聚焦和定向传输。
波束赋形技术可以提供以下几个方面的优势。
首先，它可以提高信号的传输速率和覆盖范围。
通过将信号聚焦在特定方向上，可以减少信号的衰减和干扰，提高信号的传输质量和可靠性。
其次，它可以提高系统的容量和吞吐量。
通过将信号聚焦在特定用户或特定区域上，可以提高系统的频谱效率，实现更多用户的接入和数据传输。
最后，它可以改善用户体验和服务质量。
通过优化信号的传输路径和质量，可以减少信号的延迟和抖动，提高用户对网络服务的满意度。
波束赋形技术在4G系统中有多种应用场景。
首先，在城市和密集区域中，可以利用波束赋形技术来提高网络的容量和覆盖范围，满足用户对高速数据传输的需求。
其次，在室内环境中，可以利用波束赋形技术来提高信号的穿透能力和覆盖范围，解决室内盲区的问题。
此外，在移动设备和车载设备中，也可以利用波束赋形技术来提高信号的接收灵敏度和传输质量，提高通信的稳定性和可靠性。
然而，波束赋形技术也面临一些挑战和限制。
首先，天线阵列的设计和控制需要复杂的算法和硬件支持，增加了系统的复杂性和成本。
其次，波束赋形技术对信号传输路径和环境要求较高，对信号的多径效应和干扰敏感，需要精确的信号处理和控制。
天线原理与设计
H 面
H面 E面
表0-1 上图所示的八木天线和角锥喇叭天线的E面和H面 及其方向图函数表示
■ 七元八木天线的H面方向图
返回
(a) 极坐标幅度方向图
(b) 直角坐标幅度方向图
(a) 极坐标分贝方向图
(b) 直角坐标分贝方向图
图中是以八木天线的H面归一化方向图函数
FH(φ)＝F(θ,φ)|θ=90 计算并绘制的。
五十年代末人造卫星上天、洲际导弹出现后，人类进入了宇宙空 间时代，航空航天技术的发展对天线的研究又提出了许多新的课题， 这时要求解决天线的高增益、圆极化、宽频带、快速扫描和精密跟踪 等问题。
六十和七十年代是天线发展的鼎盛时期。这个时期在天线理论方法方面以及各 项技术的应用方面都在突飞猛进的发展。
(1)在天线理论方法方面
的函数图形。大多情况下，天线方向图是在远场 区确定的，所以又叫做远场方向图。
天线辐射特性包括辐射场强、辐射功率、相位 和极化。因此，天线方向图又分为：
■场强方向图 ■功率方向图 ■相位方向图 ■极化方向图
●天线方向图形式
二维方向图
三维方向图
极坐标方向图 直角坐标方向图 球坐标方向图 直角坐标方向图
(2)在天线技术应用方面
卫星通信技术发展推动了卫星天线和大型地面站天线 的发展，出现了大型平面阵、卡塞格仑天线及各种反射面 天线馈源。
雷达制导、搜索、跟踪、预警技术的应用推动了单脉 冲雷达天线、相控阵天线，多波束天线的发展。
半导体技术的发展使无线电技术向毫米波、亚毫米波 甚至更高频率发展，对天线提出了小型化、集成化、宽带 化等一系列要求，出现了有源天线、微带天线和印刷天线、 印制板开槽天线、表面波天线、共形阵列天线等。
到了80年代，由于电子计算机和超大规模集 成电路的发展，高功率固态发射机和各波段移相 器等日趋成熟及成本的大幅降低，以及数字波束 形成技术、自适应理论和技术、低副瓣技术以及 智能化理论和技术的不断发展，使得80年代成为 国际上相控阵雷达大发展的年代。先进国家研制 了多种不同用途的战略、战术相控阵雷达。我国 也不例外，到1993年，我国的相控阵雷达不仅在 军用国防及航空航天中得到广泛使用，而且已经 从军用扩展到了民用。
四波束切换天线的分析与设计
四波束切换天线的分析与设计高 雪1,胡鸿飞1,姚中兴2,傅德民1,肖良勇2,郭渭盛2(11西安电子科技大学天线与电磁散射研究所,陕西西安710071;21西安海天天线科技股份有限公司,陕西西安710065) 摘 要: 本文对一种覆盖90度扇区的四波束切换天线进行了分析和设计.首先采用微带结构的4×4Butler 矩阵作为波束合成网络,其中90度相差的混合接头用3dB 定向耦合器实现.文中给出了该Butler 矩阵散射参数的计算和测量结果.然后对实现预波束要求的阵列结构进行了分析和综合.最后给出了整个波束切换样机天线的实际测试结果.关键词: 波束切换天线;微带Butler 矩阵;平面阵中图分类号: T N821 文献标识码: A 文章编号: 037222112(2003)0921372203Analysis and De sign of a Four 2Beam 2Switched AntennaG AO Xue 1,H U H ong 2fei 1,Y AO Zhong 2xing 2,FU De 2min 1,XI AO Liang 2y ong 2,G UO Wei 2sheng 2(11Institute o f Antennas and EM Scattering ,Xidian Univer sity ,Xi ’an ,Shaanxi 710071,China ;21Xi ’an Haitian Antenna Technologies Co.,Ltd ,Xi ’an ,Shaanxi 710065,China )Abstract : A four 2beam 2s witched antenna is analyzed and designed.Firstly ,a microstrip Butler matrix is used as the beam form 2ing netw ork ,in which the 90°hybrid is realized by a 3dB directional coupler.The S parameters of the netw ork are com puted and mea 2sured.Then ,the planar array used to obtain the desired beam pattern is analyzed and synthesized.Finally ,the experimental results of the prototype antenna are given.K ey words : s witched 2beam antenna ;microstrip Butler matrix ;planar array1 引言 在移动通信系统中,为了抑制多径衰落、极化失配以及其他干扰,引入了雷达和声纳领域中广泛应用的智能天线技术.智能天线分为波束切换智能天线和全自适应智能天线两大类.从理论角度,全自适应智能天线的接收效果更优,是智能天线的最终形式,但是由于其计算量大、暂态反应速度慢以及成本高等问题的制约,在实际系统中应用还需时日.波束切换天线预先设计几个高增益、低旁瓣的固定窄波束覆盖指定的扇区,然后根据用户的来波方向和特定的准则,选择某一波束指向.波束切换天线用高增益窄波束实现空分、用低旁瓣抑制干扰,方向图的自适应性是有限的.但其波束合成可以在射频端实现,且成本低,实现相对容易,对现有通信系统的升级非常方便,是解决现有系统容量扩充问题的切实方案,所以工程上倍受瞩目[1,2].本文设计了一种工作频率为2150MH z ～2162MH z 的4波束切换天线,覆盖90度工作扇区.采用微带结构的4×4Butler 矩阵,合成4个预定波束.用半波对称振子组成沿各向等间距排列的4×8平面阵列,通过方向图综合,对阵列采用不等幅馈电,有效降低各模式波束的较大副瓣.本文设计的天线不通 图1 4×4Butler 矩阵及混合接头示意图过数字信号处理形成波束,而采用射频部件产生多波束,这为未来的全自适应智能天线提供了一个重要的硬件解决方案,降低现有基站对移动通信系统性能的制约.2 Butler 矩阵波束合成网络 波束切换天线的波束合成网络可以控制天线激励单元的幅相分布,形成预定多波束,是波束切换天线的重要组成部分.当波束合成在射频端用硬件实现时,可以采用模拟合成器Butler 矩阵来进行控制.Butler 矩阵采用90度相差的混合接头,形成相互正交的波束.4×4Butler 矩阵和90度相差的混合接头的示意图如图1所示.其波束合成过程与快速傅立叶变换(FFT )非常相似,只不过Butler 矩阵对模拟数据域进收稿日期:2002204201;修回日期:2003204210第9期2003年9月电 子 学 报ACT A E LECTRONICA SINICA V ol.31 N o.9Sep. 2003 图2 微带Butler 矩阵的结构图行变换,而FFT 在离散数据域进行.当4×4Butler 矩阵4个输入端口分别激励时,输出端口分别对应于-45°、135°、-135°和45°等相位差[3].本文用微带结构实现上述功能,基片介质的相对介电参数εr =415,厚度为3mm.45°相移器用微带传输线来实现,90°相差的混合接头采用微带分支线定向耦合器结构.在中心频率的条件下,根据经验公式[4]设计相移器和耦合器,然后在整个频带内,采用文献[5]中的方法对结构进行修正和调整,得到如图2所示的设计结构.输出端口之间的相位差和输入端口之间的隔离度是But 2ler 矩阵的重要性能参量.前者影响阵列的馈电相位,后者直接影响各工作模式之间的隔离性能.图2结构的上述参数的仿真结果如图3～5虚线和表1所示.考虑到该微带电路的对称性,只需分别研究输入端口1与端口2、3、4之间隔离情况.由图可见,在工作频带内,散射参数的幅度均呈近似线性关系,其中|S 12|在频带内的变化幅度最大,但最大值与最小值之差仍不超过5dB.|S 12|在f =2150MH z 达到最大值,为-21171dB.|S 13|和|S 14|在最高频率f =2162MH z 达到最大值,分别为-2917dB 和-19113dB.表1给出了中心频率上各输入和输出端口之间相位关系.可见4个输入端口分别激励时,4个输出端口基本具有等相位差,分别是-45°、135°、-135°和45°.而且,整个频带内相位的一致性比较好,相对于中心频率的最大偏差不超过2°.由此可见,该设计结构可以实现各模式波束的相位控制和隔离.表1 4×4Butler 矩阵端口的相对相位关系输出1’(度)输出2’(度)输出3’(度)输出4’(度)输入1-4312-8818-13610-17915输入2-1321141613813-8817输入3-881713812414-13212输入4-17915-13610-8819-4313 按照设计尺寸,实际制作的微带Butler 矩阵的测量结果如图3～5实线所示.显见,该Butler 矩阵输入端口之间的散射特性在工作频带内与计算结果基本吻合,两者之间有一些差别的主要原因是,微带介质基片性能的一致性不高,另外还有一些测量误差的影响.图3 |S 12|计算和测量结果图4 |S 13|计算和测量结果图5 |S 14|计算和测量结果3 平面阵的设计 波束切换天线利用多个窄波束实现空分,利用低副瓣降低干扰.为了保证4个波束覆盖90度的扇区,理论上需要4个波束的主瓣最大值分别在θ=±10°和θ=±33°的方向,且其3dB 波束宽度分别为20°和24°,同时要求各波束增益不小于15dBi .众所周知,对于阵列天线,当阵列结构或单元方向图选择不当时,很容易产生栅瓣或较大的副瓣.在本文的波束切换天线中,当使用旁边的两个波束模式时,扫描角度达θ=±33°,如果伴随产生的高副瓣出现在90度扇区内,将会大大降低系统抑制干扰的能力.而且,为了保证4波束完全覆盖工作扇区,同时要求相邻波束的交叉电平不小于-4dB .因此,如何设计阵列天线,从而产生上述要求的预波束,也是多波束天线设计的关键技术.根据上述扫描角度、波束宽度以及增益的要求,采用半波振子为单元,振子沿x 轴放置,首先可以确定阵列形式为4×图6 等幅馈电阵列的E 面方向图8均匀平面阵列,单元间距分别为dx =016λ和dy =015λ. 首先分析阵列单元等幅馈电的情况.Butler 矩阵的四个输出端口分别对应于4列直线阵,数值模拟该阵列E 面、H 面方向图,结果如图6和7所示.可见,4个波束的主瓣最大值分别出现在±1015°和±3115°左右,旁边波束和中间波束的3dB 波束宽度分别为2018°和21°,整个波束切换天线的3dB 波束覆盖范围为86°,相邻波束的交叉电平为-218dB ,H 面波束宽度约为15°.以上参数基本满足要求,但是天线E 面旁边两个波束伴随有-7dB 的副瓣,所以当天线处在旁边某3731第 9 期高 雪:四波束切换天线的分析与设计一波束的工作模式时,造成覆盖小区应该抑制干扰的中间区图7 等幅馈电阵列的H 面方向图域有较大波瓣,所以有可能将较大的干扰同时接入到信道,降低信噪比.为此,必须考虑副瓣抑制.E 面方向图主要取决于阵列x 方向的间距和幅相分布,由于x 方向单元均匀排列,可以用离散阵列方向图综合方法.我们只改变单元激励幅度,采用幅度递减对称分布形式,即1∶A ∶A ∶1(A >1),压低副瓣电平.将波束增益最大作为目标,设A 为优化变量,使其在1和3之间变化,令副瓣电平小于-11dB 和相邻波束交叉电平不小于-4dB 为约束条件,建立优化问题求解[6].得到激励幅度依次为1∶11735∶11735∶1,对应的E 面和H 面方向图如图8和9所示.可见,在其他参数变化不大的情况下,高副瓣得到有效抑制.图8 不等幅馈电阵列 图9 不等幅馈电阵列的E 面方向图 的H 面方向图4 天馈系统实验结果与分析 采用上述微带Butler 矩阵和不等幅馈电的4×8平面阵,加工制作了波束切换天馈线系统,并对其电气性能进行了调试和测量.图10是其中心频率上的方向图实测曲线[7].E 面两个内波束分别指向±10°左右,波束宽约为21°,波束增益约为16dBi ,两个外波束分别指向±33°左右,波束宽度为23°,波束增益约为15dBi.四个波束的覆盖角度为88°,最大副瓣电平图10 4波束切换天线的E 面和H 面方向图实测结果低于-10dB ,整个频带内驻波比均小于115.值得注意的是,当采用不等幅馈电时,与等幅馈电相比会造成方向性系数降低.5 结束语 本文介绍了工作频率为2150MH z -2162MH z 的四波束切换天线的分析和设计过程.采用微带结构的4×4Butler 矩阵作为模拟波束合成器,给出了设计结构和仿真及测试结果.研究了实现预波束的阵列结构,首先根据增益和扫描角度的要求确定天线阵单元、数目及排列方式,然后通过优化激励电流的幅度,有效降低旁边波束的较高副瓣,得到了实现期望方向图的阵列形式.文中最后给出了整个天馈系统的测试结果,说明本文的设计方案切实可行,该系统在移动通信中有良好的应用前景,并为全自适应智能天线提供重要的硬件设计参考.参考文献:[1] M Chryss omallis.Smart antennas [J ].IEEE Antennas and PropagationM agazine ,2000,42(3):129-136.[2] S S walse ,et al.The performance enhancement of multibeam adaptivebase 2station antenna for cellular and m obile radio system [J ].IEEE T rans Vehicular T echnology ,1990,39(1):56-67.[3] J Litva ,T K Lo.Digital Beam 2form ing in W ireless C ommunications[M].Artech H ouse ,Boston London ,1996.[4] 《微带电路》编写组.微带电路[M].北京:清华大学出版社,1976年.[5] T Okoshi ,Y Uehara ,T T akeuchi.The segmentation method —an ap 2proach to the analysis of m icrowave planar circuits [J ].IEEE T rans on M icrowave Theory and T echniques ,1976,24(10):662-668.[6] 高雪,等.移动通信系统中基站天线波束赋形设计[J ].微波学报,2002,18(1):39-42.[7] 姚中兴,等.波束切换天线技术报告[R ].西安:西安海天天线科技股份有限公司,2001.作者简介:高 雪 1976年生于辽宁,西安电子科技大学2000级博士生,分别于1998年和2001年获得该校电磁场与微波技术专业学士和硕士学位,目前主要研究兴趣为智能天线与信号处理、实用天线的分析与设计和电磁场数值计算.胡鸿飞 1972年生于安徽,分别于2000年和2002年在西安电子科技大学获电磁场与微波技术专业硕士和博士学位,主要研究兴趣为近场测量技术、天线分析和设计,以及智能天线技术.4731 电 子 学 报2003年。
4波段倒V天线制作
4波段倒V天线制作第一篇：4波段倒V天线制作短波三角形四波段倒V天线文／贺欣颖(BD6BX)天线制作思路此次制作天线的思路是：一是要合拢“蜘蛛腿”，同向伸展，便于架设；二是要轻一些，尽可能减少天线支杆的负荷；三是要能方便升降，以利于调整和维护；四是要有一定强度，能抗风荷；五是波段尽量多一些(4个波段，7MHz、14MHz、21MHz、28MHz～29MHz)，方便到处“溜达”。
基于上述思路，笔者制作了一款短波三角形四波段倒V天线，结构见图1。
选料制作制作该天线的材料都是常见的，振子为2．5mm2的多股软铜线，各波段每一侧振子长度按预定谐振频率的λ／4计算，并要留一点余量。
我选择的各波段振子长度，7MHz段10．63m、14MHz段5．26m、21MHz段3．52m、28MHz～29MHz段2．54m；振子拉绳用的是户外电话线芯线，它是铜包钢线，轻便、强度高，关键是防锈蚀性能较好；三角形支架用的是φ20mm的PVC硬塑料管，质量要好一点的。
还有一种厚壁的塑料水管，强度虽好，但重量要增加不少。
管材间使用PVC胶粘接，并辅以尼龙扎带等非金属材料加固，振子支架结构见图2。
该支架用于固定4个振子的相对位置，振子穿过支架孔洞的地方应将其固定，防止支架在振子上滑动，以避免天线变形影响参数；绝缘纤维板长10cm，其宽窄、薄厚以满足抗拉强度要求为准(瓷质的更好，但重量增加)；辅助拉绳也用铜包钢芯电话线，是为防止风摆造成三角形天线臂的旋转而设置的，结构见图3，因此不能与主拉绳拴在一个固定点上；天线杆为毛竹，顶端固定一个蝴蝶瓷瓶当滑轮用，穿过一根钢丝或单根铜包钢芯电话线，勾住巴伦组件，构成简便实用的天线升降系统，以便于调试和维护。
成品滑轮固然好，只是金属件容易锈死，而塑料的又不耐老化。
馈线采用SYV-50-7高频电缆，与巴伦连接的SL-16高频插头，固定后应在连接处涂防水胶。
制作天线要有“三心”和“二意”：选料用心，以免留下隐患；制作细心，避免留下缺陷；调整耐心，否则前功尽弃。
移动通信系统中的波束转换智能天线设计
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ，ｗｅ ｉｔｏ ｕ ｅ ｔｅ ｄ ｓｇ ｆｓ ｔｈ ｄ ｂ ａ ａ ｔｎ ａ ｕｓｄ ｉ ｅｌｌｒ ｂ ｓ ｔｔ ｎ ｏ ｕ ＇ｎ ｓ ｒ ｃ ：ｎ ｔｉ ａ ｅ ｎｒ ｄ ｃ ｅ ｉｎ ｏ ｗｉ ｅ ｅ ｍ ｎｅ ｎ ｅ ｎ ｃ ｌｕａ ａ ｅ ｓａｉ ｆＣ ｎｅ ｔＧＳＭ ｂｌ ｈ ｃ ｏ ｍｏ ｉ ｅ ｃ ｍｍｕ ｉａｉｎ ｓｓｅ ，ｄｓ ｕ ｓｔ ｅ ｆ ｃ ｉｎ，ｐ ｔ ｅ， ｓ ａ ｅｍｉｎ， ｄ ｓｇ ｏｎ ｆａｌｃ ｍｐ ｎｅ ｔ ｕ ｈ ａ ｎｅ ｎ ｄ ｌ ｏ ｎｃ ｔｏ ｙｔｍ ｉｃ ｓ ｈ ｕｎ ｔ ｏ ｍ＇ ￣ｓ ｉ ｌｒ ｌ ｏ ｅ ｉ ｐ ｉｔｏ ｌ ｏ ｏ ｎｓ ｓ ｃ ｓ ａ ｔｎ ａ ｍｏ ｕｅ， ｎ
维普资讯
天 线与伺服技 术
移动通信 系统中的波束转换 智能天线设计
陈华 础
（ 国电子科技 集 团公 司第 ｌ 研 究 所 ，江 苏 南京 ２０ １） 中 ４ １０３
摘 要 ：提 出 了在 现 有 Ｇ Ｍ 移 动通 信 系统 中蜂 窝基 站 采 用波 束 转 换 智 能 天 线 的 设 计 方 案 ， Ｓ 对天 线 系统各 组 成 部 分
波束扫描阵列天线设计及关键技术要点
近年来,波束扫描阵列天线由于自身具备多项优势,因而受到通讯领域的青睐,被广泛运用于移动通讯,军用通讯无线网络等多个领域,因为当前国内的经济迅速发展,科学技术更进一步,所以针对波束扫描阵列天线的相关研究也就得到了多方人员的重视和关注[1]。
1 波束扫描阵列天线的基本技术原理分析波束扫描阵列天线整体上是以阵列天线、移相器以及功分网络三个部分所构成。
它的技术原理:运用改变阵列天线每个单元的激励相位及其激励幅度,对整个阵列天线的主波束的发射方向与主波束形状作合理调整。
在阵列天线设计中我们是以馈电的幅度变化对主波束的形状进行影响,在这个过程中,就需要对功分网络进行适当的设计以实现对阵列天线单元的激烈幅度的控制。
2 宽带波束扫描阵列天线设计技术要点2.1 宽带阵列天线设计在宽带阵列天线设计过程中,设计人员使用Quasi-Yagi天线单元设计四个单元的均匀直线阵,而且在设计时必须全面考虑移相器所需要的最大相移范围,SLL最大限度的扫描范围及其增益损失后,再找出合适的单元距离d值。
工作人员发现绝对值a为70度,d值为19毫米时阵列天线主波束可以在水平面负15度到15度之间的空域内达成扫描效果。
在中心频率为5Gh的情况下,a值为0度、-70度以及70度时增益模拟仿真效果分析:(1)a为70度的时候,主瓣指向偏离中心约-15度;(2)a为-70度的时候,主瓣最大指向偏离中心约15度,而SLL接近-11db。
当馈电相位反应差a为70度及-70度的时候,该列阵在中心频率为5Gh的情况并且处于最大限度的扫描范围时,它的最大增益大体上约是9.8db。
当馈电相位反应差a为0度的时候,该列阵在中心频率为5Gh的情况并且处于最大限度的扫描范围时,它的最大增益大体上约是9.9db。
同时最大增益随着扫描角度的不断增加反而下降,副瓣电平却提高,方向图也随之产生了畸变。
通过数据模拟,我们可以得知,2db的波动幅度不会影响天线的性能,然而在波动高于±30度的情况下,天线的SLL会大幅度的提升,所以我们在设计移相器时,要避免其的相位波动幅度过大,以此来提高线性度。
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。
ku波段四波束相控阵
ku波段四波束相控阵一、引言随着现代通信技术的快速发展，ku波段四波束相控阵作为一种先进的无线通信技术，受到了广泛关注。
本文将从ku波段四波束相控阵的原理、优势、应用领域以及未来发展展望等方面进行全面解析，以期帮助读者更好地了解和应用这一技术。
二、ku波段四波束相控阵的原理1.波束形成原理：ku波段四波束相控阵是通过多个天线单元有序排列，形成四个独立波束。
每个天线单元发出的信号经过相位控制后，合成一个指向特定方向的波束。
通过调整天线单元的相位，可以实现波束在空间中的扫描和切换。
2.相控阵技术原理：相控阵技术是利用天线阵列中各天线单元的相位差异，实现对合成波束的指向和形状的控制。
在ku波束相控阵中，通过对四个波束的相位进行控制，可以实现对波束的切换和指向控制。
三、ku波段四波束相控阵的优势1.提高信号传输速率：ku波束相控阵能够在同一时间内传输多个独立信号，从而提高信号传输速率。
在高速通信场景中，如5G通信，ku波束相控阵技术具有显著优势。
2.增强信号覆盖范围：通过调整波束指向和形状，ku波束相控阵可以实现对信号覆盖范围的优化。
在覆盖范围内，信号强度分布更加均匀，提高了信号质量。
3.提高抗干扰能力：ku波束相控阵技术可以实现多个波束的快速切换，有效地避开干扰源。
同时，通过波束形成技术，可以降低干扰信号对有用信号的影响，提高通信系统的抗干扰能力。
四、应用领域1.通信系统：ku波束相控阵技术可应用于地面无线通信、卫星通信等领域，实现高速、高质量的通信传输。
2.卫星通信：在卫星通信系统中，ku波束相控阵技术可以提高信号传输速率，减小信号延迟，提高通信质量。
3.地面无线通信：在地面无线通信系统中，ku波束相控阵技术可以实现多用户并发传输，提高系统容量，降低用户间的干扰。
五、未来发展展望1.技术发展趋势：随着通信需求的不断增长，ku波束相控阵技术将向更高的频率、更多波束方向发展，以满足更高的通信速率需求。
2.市场前景分析：在未来几年，ku波束相控阵技术在通信、遥感、导航等领域具有广阔的市场前景。
KuKa四波段共馈低剖面赋形天线设计
第19卷 第6期 太赫兹科学与电子信息学报Vo1.19，No.62021年12月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Dec.，2021文章编号：2095-4980(2021)06-1033-05Ku/Ka四波段共馈低剖面赋形天线设计张军，李杼，苏萌(92941部队44分队，辽宁葫芦岛 125003)摘 要：针对传统切换式多馈源的低剖面反射面天线结构复杂，不能多频段同时工作的问题，介绍了一款四波段单馈源低剖面环焦反射面天线及设计方法。
该天线工作在四波段14~14.5 GHz,11.45~12.75 GHz,19.6~21.2 GHz,29.4~31 GHz。
整体天线采用双槽深波纹喇叭单馈源、通过口面场分布和多项式拟合过渡函数的方法构造的赋形副反射面和主反射面。
用电磁仿真软件进行了建模仿真和验证。
实测结果表明，整体天线较传统天线的效率提高12%以上，第一旁瓣<-14 dB，指标满足设计要求。
关键词：赋形面；过渡函数；四波段；口面场分布中图分类号：TN820文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2020115Ku/Ka quad-band common-feed low-profile shaped antenna designZHANG Jun，LI Zhu，SU Meng(Unit 92941 of PLA，Huludao Liaoning 125003，China)Abstract：Traditional multi-band low-profile parabolic antennas bear the disadvantages of complex. All Rights Reserved.structure and the inability to multi-band work simultaneously. A novel design method is introduced in thispaper. The proposed quad-band antenna works on the frequency of 14-14.5 GHz,11.45-12.75 GHz,19.6-21.2 GHz,29.4-31 GHz. The whole antenna adopts a two-slot-depths horn feed, shaped sub-reflector andmain reflector. The reflectors are designed by the aperture field distribution function and polynomialtransition function. The overall antenna structure is optimized with full-wave electromagnetic software.The test result shows the efficiency in the entire frequency band is improved by at least 12%, and the firstside lobe is controlled below -14 dB, which meets the performance requirements. This design has beenapplied to actual equipment successfully.Keywords：shaped reflector；transition function；quad-band；aperture field distribution目前同步轨道卫星通信系统需求日新月异，用途越来越广泛，为了满足复合型多用途指挥战术要求，需要多频段、低剖面、功能齐全的车载卫星通信装备。
天线的原理与设计
天线的原理与设计天线是将电能（或者电磁波）转换为电磁场（或者电磁波）的装置，它在通信、雷达、无线电电视广播和无线电导航等领域起着重要作用。
天线设计的目的是通过合适的几何形状和材料选择，使其尽可能高效地辐射和接收电磁波。
天线的原理可以归纳为以下几个主要方面：1. 反射和辐射原理：天线将电能转换为电磁波的关键在于其几何形状。
几何形状不同，天线对电磁波的反射和辐射效果也不同。
一般来说，天线的形状需要与待处理信号的波长相匹配，以确保最佳的能量传输和辐射。
2. 功率匹配原理：设计天线需要考虑到待处理信号的功率，以及天线的能量传输效率。
天线设计需要合理选择天线尺寸、形状和材料，以确保尽可能高的信号接收和发射效率。
3. 波束方向性原理：天线的方向性是指其辐射或接收信号的方向性。
波束方向性天线的设计考虑到天线的几何形状、电流分布、波束宽度等因素，以使其增加信号的强度以及抑制不希望的信号干扰。
4. 阻抗匹配原理：阻抗匹配是天线设计中的关键要素之一。
天线的阻抗与发射或接收设备之间的阻抗必须匹配，以确保最大能量传输和最小信号损失。
通过使用匹配网络或其他技术，可以实现天线和设备之间的阻抗匹配。
天线的设计过程可以基于理论分析、模拟和实验来完成。
具体的设计步骤包括：1. 确定设计需求和参数：根据特定应用的需求，确定所需天线的频率范围、增益、方向性、极化方式等参数。
2. 选择适当的天线类型：根据设计需求，选择适合的天线类型，如喇叭天线、螺旋天线、微带天线等。
3. 进行理论分析和模拟：利用电磁场理论和仿真软件，对天线进行理论分析和模拟，确定天线的几何结构和材料。
4. 进行实验验证：通过制作样品天线并进行实验验证，评估天线的性能和参数是否符合设计要求。
如果需要，进行调整和优化。
5. 优化和改进：根据理论分析、模拟和实验结果，对天线进行优化和改进，以提高天线的性能和效果。
天线设计中需要考虑的其他因素还包括天线的制造成本、安装要求、环境适应性等。
4波段倒V天线制作
短波三角形四波段倒V天线文／贺欣颖(BD6BX)天线制作思路此次制作天线的思路是：一是要合拢"蜘蛛腿"，同向伸展，便于架设；二是要轻一些，尽可能减少天线支杆的负荷；三是要能方便升降，以利于调整和维护；四是要有一定强度，能抗风荷；五是波段尽量多一些(4个波段，7MHz、14MHz、21MHz、28MHz～29MHz)，方便到处"溜达"。
基于上述思路，笔者制作了一款短波三角形四波段倒V天线，结构见图1。
选料制作制作该天线的材料都是常见的，振子为2．5mm2的多股软铜线，各波段每一侧振子长度按预定谐振频率的λ／4计算，并要留一点余量。
我选择的各波段振子长度，7MHz段10．63m、14MHz段5．26m、21MHz段3．52m、28MHz～29MHz段2．54m；振子拉绳用的是户外电话线芯线，它是铜包钢线，轻便、强度高，关键是防锈蚀性能较好；三角形支架用的是φ20mm的PVC硬塑料管，质量要好一点的。
还有一种厚壁的塑料水管，强度虽好，但重量要增加不少。
管材间使用PVC胶粘接，并辅以尼龙扎带等非金属材料加固，振子支架结构见图2。
该支架用于固定4个振子的相对位置，振子穿过支架孔洞的地方应将其固定，防止支架在振子上滑动，以避免天线变形影响参数；绝缘纤维板长10cm，其宽窄、薄厚以满足抗拉强度要求为准(瓷质的更好，但重量增加)；辅助拉绳也用铜包钢芯电话线，是为防止风摆造成三角形天线臂的旋转而设置的，结构见图3，因此不能与主拉绳拴在一个固定点上；天线杆为毛竹，顶端固定一个蝴蝶瓷瓶当滑轮用，穿过一根钢丝或单根铜包钢芯电话线，勾住巴伦组件，构成简便实用的天线升降系统，以便于调试和维护。
成品滑轮固然好，只是金属件容易锈死，而塑料的又不耐老化。
馈线采用SYV-50-7高频电缆，与巴伦连接的SL-16高频插头，固定后应在连接处涂防水胶。
制作天线要有"三心"和"二意"：选料用心，以免留下隐患；制作细心，避免留下缺陷；调整耐心，否则前功尽弃。
无线通信系统的天线设计优化方法
无线通信系统的天线设计优化方法随着无线通信技术的发展，天线作为通信系统中重要部件的设计与优化变得越来越重要。
在实际应用中，天线的性能将直接影响无线通信的质量和稳定性，因此如何设计和优化天线成为无线通信系统中不可忽视的一项技术。
一、天线的基本参数首先，了解天线的基本参数是必要的。
天线的基本参数包括：频率、天线增益、天线辐射图案、天线波束宽度和驻波比等。
这些参数将直接影响通信系统的各项指标，例如信号强度、通信覆盖范围、调制调度等。
因此，需要根据实际应用要求，合理选择天线参数。
二、天线设计的主要方法1. 理论分析法天线理论分析法是通过数学模型，计算天线的电学性能，如辐射场分布、天线阻抗等。
通过模型得到的分析结果，可以为后续的优化和设计提供指导意义。
2. 经验公式法经验公式法是一种基于实验数据和经验公式的天线设计方法。
该方法基于过去的经验，将天线的一些基本参数，如长度、宽度、材料、电学性能等，以简单的数学公式表达出来，遵循“简单易用、精度高”的原则。
该方法典型的代表就是基于半波长振子的天线设计方法。
3. 仿真优化法仿真优化法是最常用和最直观的一种天线设计方法。
可以通过电磁仿真软件完成模型的建立和仿真，进而评估天线的电学性能和设计顺序，完成优化设计的过程。
这种方法不仅具有较高的精度和效率，而且可以灵活的进行多场耦合、多参数优化、多方案比较等操作。
三、天线设计的优化方向1. 改善天线直接耦合问题基站天线之间的直接耦合问题严重影响无线通信系统的性能，因此这是天线设计中最重要的优化方向之一。
通过优化天线的功率分配和阵列结构，避免直接耦合问题，从而提高通信信号的质量和稳定性。
2. 提高天线的功率效应在提高天线功率效应的过程中，需要减小天线辐射副瓣，也就是天线辐射图案中多余的辐射信号。
通过优化天线结构和选用合适的天线材料，可以减小辐射副瓣的信号干扰，从而提高天线的功率效应。
3. 减小天线的体积随着无线通信设备的进一步发展，设备的体积也越来越小。
ku波段四波束相控阵
ku波段四波束相控阵摘要：一、引言1.介绍Ku 波段四波束相控阵技术2.阐述其在卫星通信、雷达和遥感等领域的应用价值二、Ku 波段四波束相控阵技术原理1.Ku 波段特点2.四波束相控阵结构3.相控阵技术的工作原理三、Ku 波段四波束相控阵技术应用1.卫星通信a.卫星通信系统的需求b.Ku 波段四波束相控阵在卫星通信中的应用2.雷达a.雷达系统的发展趋势b.Ku 波段四波束相控阵在雷达中的应用3.遥感a.遥感技术的发展b.Ku 波段四波束相控阵在遥感中的应用四、Ku 波段四波束相控阵技术的优势与挑战1.优势a.高频谱利用率b.灵活的波束形成和指向c.抗干扰能力强2.挑战a.技术复杂性高b.成本较高c.面临其他技术的竞争五、结论1.总结Ku 波段四波束相控阵技术的特点和应用2.展望其在未来卫星通信、雷达和遥感等领域的发展前景正文：一、引言近年来，Ku 波段四波束相控阵技术在卫星通信、雷达和遥感等领域引起了广泛关注。
作为一种先进的相控阵技术，Ku 波段四波束相控阵具有许多独特的优势，为相关领域带来了巨大的发展潜力。
本文将详细介绍Ku 波段四波束相控阵技术，并探讨其在不同领域的应用价值。
二、Ku 波段四波束相控阵技术原理1.Ku 波段特点Ku 波段（12-18 GHz）是卫星通信、雷达和遥感等领域广泛应用的频段。
它具有较高的带宽、较低的雨衰和较高的天线增益等优点，能够满足各类应用场景的需求。
2.四波束相控阵结构Ku 波段四波束相控阵由多个天线单元组成，这些天线单元可以协同工作，形成四个独立的可控波束。
通过控制天线单元的相位和幅度，可以实现波束的指向、形状和宽度等参数的调整。
3.相控阵技术的工作原理相控阵技术利用相位和幅度的调整，实现对波束指向、形状和宽度的控制。
在Ku 波段四波束相控阵中，通过控制天线单元之间的相位差，可以实现波束的电子扫描。
这种技术可以大大提高系统的灵活性和抗干扰能力。
三、Ku 波段四波束相控阵技术应用1.卫星通信卫星通信系统需要处理大量的通信信号，对天线系统的频谱利用率和性能要求很高。
波束波导传输系统与天线设计
率微波技术。高功率微波天线技术是高功率微波应 用中的一个重要环节 ， 决定着能 否将能量有效 的辐 射出去。但 当系统工作在毫米波及以上频段时 ， 由 于基 模系 统损耗 过 大 ， 统 的基 模 波 导 传输 系统 不 传 再适用 ， 本文将要介绍 的波束波导传输系统及天线 的设 计 ， 好 的解 决 了这一 问题 ， 很 对增 加 系统功 率容 量， 减小系统体积 ， 提高系统效率有重要意义。
（ ｉ ｎＥｅｔ ｎｃＥ ｇｎｅｉ ｅ ａｃ ｓｔｔ， ａ １ １０ Ｘ ｌ ｒ ｉ ｎ ｉｅｒ ｇＲ ｓ ｒ Ｉ ｔｕ ｎ７ ０ ０ ） ａ ｃｏ ｎ ｅ ｈｎｉ ｅ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｅ ｍ ｖ ｇ ｉ ｅ ｔ ｎ ｍｉｓ ｎ ｓ ｓｅ ｈ ｓ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｆｈ ｇ ｏ ｒｃ ｐ ｃ ｔ ｎ ｏ ｋ ｎ ｉ ｏ ｔ ｏａ ｙ ｓｒ ｃ ：Ｂ ａ ｗａ ｅ ｕ ｄ ｒ ｓ ｓ ｉ ｙ ｔｍ ａ ｄ ａ ｔｇ ｓ ｏ ｉｈ ｐ ｗｅ ａ ａ ｉ ａ ｄ ｗ ｒ ｉ ｇ ｗ ｔ ｕ ｔ ｒ ａ ｏ ｙ ｈ ｒ
１ 引 言
随着 科 学及 军 事 研究 对 高 功率 、 高频 率 微 波源 的需 求 ， 使 以电子 回旋 管 为代 表 的高 功 率微 波 源 促 不 断发展 ， 步产 生 了一 门新 的边 缘 科 学— —高 功 逐
２ 波束 波导传输 系统简介
波束波导传输系统将一系列的平面镜和曲面镜
ｓｌｃ ｏ ｆｒｆ ｃ ｒ ａ ｉ ｕｓｄ ｎ ｐｉ ｚｔ ｎ ａ ａ ｚ ｇｂ ｓ ｇ ｏ Ｕ Ｓ ｄ ｌ ｂ ｓｄ ｏ ｏ ｗ ｒ ｅ ｔ ｎ ｏ ｅ ｅｔ ｓ ｒ ｄｓ ｓ ；ａ ｄ ｏ ｔ ａｉ ｎｌ ｉ ｙ ｕｉ ｆＱ Ａ Ｔ ｍｏｕｅ ａｅ ｎ ｓｆ ａｅ ｅｉ ｌ ｏ ｅ ｃ ｅ ｍｉ ｏ ｙｎ ｎ ｔ
基于波束切换型智能天线技术的TDD-CDMA系统上行链路性能研究
ｉ ａｔ ｆ ｌ－ｓｒｄｔｃｉｎ（ Ｄ） ｎ ｗｉ ｈ ｄｂａ ｎｅｎ ｎｔｅｕ ｌ ｋｃｐｃ ｙ ｉ Ｔ — ＤＭＡ ｓ ｓ ｍｓ ａ ｍｐｃ ｏ ｔｕｅ ｅｅｔ ｍｕ ｉ ｏ ＭＵ ａ ｄｓ ｔ ｅ ｅｍ ａｔｎａｏ ｐｉ ａａ ｉ ｎ ＤＤ Ｃ ｃ ｈ ｎ ｔ ｙｔ ， ｅ
Ｋｅ ｒ ｓ ＴＤＤ— ｙｗｏ ｄ ＣＤＭＡ， ｍａｔ ｎｅ ｎ ， ｗｉ ｈ ｄｂ ａ Ａｄ ｓｉｎｃ ｎｒ ｌＵｐｉｋｃ ｐ ｃｔ Ｓ ｒ ｔｎ ａ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｍ， ｍｉｓｏ ｏ ｔｏ， ｌ ａ ａ ｉ ａ ｃ ｎ ｙ
１ 引言
随着无线通信 技术 ，数字信号处理（ Ｐ和集成 电路技 Ｄｓ ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ｄ ｂ ａ ａ ｔ ｎ ａ ｉ ａ ａｙ ｅ ｎ ｔ ｄ ｌ ｎ ｓ ｓｅ ｌｖ ｌ ｓｐ ｅ ｅ ｔｄ Ｂａ ｅ ｎ ａ ａ ｙ ｉｇ ｔ ｅ ｓｒ ｃ ｈ ｗｉ ｅ ｅ ｍ ｎ ｅ ｎ ｓ ｎ ｌ ｚ ｄ ａ ｄ ｉ ｍｏ ｅ ｙ ｔｍ ｅ ｅ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｓ ｄ ｏ ｎ ｌｚ ｎ ｈ ｃ ｓ ｉ ｉ
的影响 ，给出 了采用波束切换型智能天线技术后适合 Ｔ Ｄ Ｃ Ｄ 。 ＤＭＡ上行链路使 用的接入控 制算法。理论分析和仿
真结果表 明智 能天线技术 的天线 阵元 数和 上行 链路多用户检测技术优 劣将 直接 影响上行链路容量，采用先进的接
入控制算法和优化 的接入控制 门限值 则可以显著提 高系统性能。 关键词 Ｔ Ｄ。 ＭＡ，智能天 线，波 束切 换，接 入控 制，上行链路容量 Ｄ ＣＤ
基于波束切换型智能天线技术 的 Ｔ ＤＤ．ＤＭＡ Ｃ 系统 上行链 路性 能研 究
彭木根 王 文博
ｆ 北京邮电大学 电信 工程 学院 北京 １０ ７ ） ０８６ 摘 要 该文通过分析波 束切 换型智能天线技术 的原理， 研究 了波束切换型智 能天线技术对 Ｔ ． ＤＭＡ上行链路 ＤＤ Ｃ
一种船用BDSGPS双频四臂螺旋天线
Science &Technology Vision科技视界0引言船用BDS/GPS 终端在不断完善的同时,也促进了船载天线的不断发展。
首先,BDS/GPS [1]系统天线需要圆极化,在抗干扰,抗多径或者多路复用有一定优势。
圆极化天线可以收到多种极化模式的信号,如水平极化、垂直极化等。
当入射波遇到反射体(如船体和海平面)反射时,而且当入射角小于Brewster 角[2,3]时,圆极化波的旋向具有正交性,如右旋圆极化波经反射改变成左旋圆极化。
与车载BDS/GPS 系统天线不同,船舶在航行过程中处于非平稳航行状态,这种状态在大风浪天气条件下尤为严重。
经过仿真与实验探索,建立了自相移式BDS/GPS 四臂螺旋天线。
为实现BDS 与GPS 兼容,提高船载定位系统定位精度提供参考。
1天线模型与结构图1自相移式四臂螺旋天线图2可调式巴伦及天线阻抗变换器图3自相移四臂螺旋天线模型本文所设计的类型的天线不需要馈电网络,仅通过四个振子之间的相位差来实现天线圆极化。
图1是所设计的自相移式四臂螺旋天线单元。
该天线四个螺旋一种船用BDS/GPS 双频四臂螺旋天线宋璐常勇猛丁思宇王宇昊赵建森(上海海事大学商船学院,中国上海201306)【摘要】设计了一种双频自相移式四臂螺旋天线模型,并进行了加工,结合仿真与实验分析了该天线的阻抗、增益、方向性等参数。
仿真结果与实验结果具有较好的一致性,该天线主瓣波束宽度可以达到160°,且旁瓣很小。
另外,该四臂螺旋天线在大仰角范围内具有良好的右旋圆极化性能。
天线可以进行从1.2GHz 和1.8GHz 双频通信,各个频段的带宽约为60MHz 。
【关键词】四臂螺旋天线;可控性;北斗中图分类号:U665文献标识码:A文章编号:2095-2457(2017)26-0016-002A Marine BDS /GPS Dual Frequency Four -armed Helical AntennaSONG Lu CHANG Yong-meng DING Si-yu WANG Yu-hao ZHAO Jian-sen (Merchant Shipping School,Shanghai Maritime University,Shanghai 201306,China)【Abstract 】A dual -frequency self -phase shifting quadrifilar helix antenna model is designed and processed.The impedance,gain,directivity and other parameters of the antenna are analyzed by simulation and experiment.The simulation results are in good agreement with the experimental results.The beam width of the main lobe of the antenna can reach 160°and the side lobe is small.In addition,the quadrifilar helical antenna has good right -handed circular polarization performance at a wide range of elevation angles.Antennas can perform dual -band communications from 1.2GHz and 1.8GHz with bandwidths of approximately 60MHz in each band.【Key words 】Four-arm helical antenna;Controllability ;Beidou※基金项目:国家自然科学基金(51709167);上海市曙光计划(15SG44);上海大学生创新创业训练项目(CXS201601002)。
gps宽带四臂螺旋天线研究
摘要摘要自1901年马可尼首次成功实现了无线通信，无线产品相继涌现，已然将人们的生活变得越来越便利。
无线通讯技术发展之迅速、应用之广泛是科技进步的体现也是人们生活品质提高的需求。
在无线通信系统中，天线是一个关键的设备，负责辐射和接收电磁波，其性能参数的优劣直接影响了整个系统的运行。
而天线的种类繁多，不同的应用方向上都有相应的天线来配备使用。
其中四臂螺旋天线不仅具有良好的圆极化性能、心脏形方向图，灵敏度也较高，非常适合作为全球定位系统（Global PositioningSystem，GPS）中的接收天线来使用。
众所周知，全球定位系统随着无线通信技术的发展，早已不局限于军事的应用，慢慢融入了社会发展、经济建设等领域。
越来越广泛的应用，往往意味着越来越高的标准，也就需要越来越深入的研究，尤其是对系统的信号接收起决定性作用的天线。
基于此应用领域，本文结合陶瓷加载、LTCC等技术对宽带化的四臂螺旋天线做了相应的研究和设计工作。
首先是对四臂螺旋天线研究背景的充分介绍和理论基础的详细分析。
四臂螺旋天线的四臂结构形式要获得优良的圆极化特性需等幅正交的馈电，天线设计的工程中不只要考虑天线特性，馈电网络也是一个不可忽视的问题。
另一个值得注意的是天线发展过程中与新材料、新工艺等的结合，这是科技进步的新趋势。
其次介绍了本文设计的一种陶瓷柱加载的四臂螺旋天线。
在天线小型化的道路上，高介电常数陶瓷材料的加载无疑是一重要里程碑，在此基础上，本设计又结合了在天线主辐射臂旁附加短路寄生臂的方法来展宽天线带宽。
经过仿真优化，天线整体尺寸仅为直径10mm、高度12mm的柱体大小，半功率波瓣宽度可达120︒以上，带宽可达15%，且实现了很好的右旋圆极化特性。
之后本文又设计了一种方形印刷四臂螺旋天线。
该天线放弃了传统的柱体绕制结构，采用立方体的相邻四面分别印刷天线四个臂的形式，将四臂螺旋天线的宽波束和良好圆极化特性的优势与微带天线易加工生产的优点相结合。
宽带宽波束四臂螺旋天线的分析与设计
宽带宽波束四臂螺旋天线的分析与设计王果宏;赵迎超【摘要】本文主要对谐振式四臂螺旋天线的基本理论进行研究,并设计了一个宽带宽波束左旋圆极化四臂螺旋天线.采用带隔离电阻的威尔金森功分器对四个螺旋臂进行馈电,实现要求的相位关系,仿真结果表明该天线具有良好的电气性能.【期刊名称】《火控雷达技术》【年(卷),期】2017(046)004【总页数】2页(P84-85)【关键词】四臂螺旋天线;宽波束;圆极化;威尔金森功分器【作者】王果宏;赵迎超【作者单位】西安电子工程研究所西安710100;西安电子工程研究所西安710100【正文语种】中文【中图分类】TN970 引言四臂螺旋天线由于易加工、良好的宽频带、宽波束特性，引起越来越多关注，被广泛应用于卫星通讯、全球定位系统以及其它无线通讯系统中。
谐振式四臂螺旋天线由C.C.Kilgus首先提出和进行分析的[1]，通过优化设计可以产生一个良好的圆极化、宽波束方向图，实现半空域球面覆盖。
本文设计了一种宽带、宽波束谐振式四臂螺旋天线，并采用HFSS进行仿真计算，阻抗带宽大于50%，波束宽度大于150°。
1 谐振式四臂螺旋天线设计1.1 基本理论[2][3]谐振式四臂螺旋天线由四根螺旋臂组成，每根螺旋臂的长度为四分之一波长的整数倍(Mλ/4，M为整数)，当M为奇数时，非馈电端开路；当M为偶数时，非馈电端短路。
四根螺旋臂馈电电流相等，相位依次为0°、90°、180°和270°，用来实现良好的圆极化轴比，天线的结构参数可表示为：(1)其中：Lax为轴向长度；Lele为螺旋臂的长度；r0为螺旋的半径；N为螺旋的圈数1.2 天线设计螺旋天线的辐射特征和螺旋的直径D与波长λ之比有很大关系[4]，当螺旋直径很小时在垂直于螺旋轴线的平面内有最大的辐射；当螺旋的直径增大至D/λ约为0.25～0.46时，天线在沿螺旋线的轴线方向具有最大辐射；当继续增大D/λ的值，则螺旋天线的方向图将变为圆锥形，如图1所示。
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四波束切换天线的分析与设计高 雪1,胡鸿飞1,姚中兴2,傅德民1,肖良勇2,郭渭盛2(11西安电子科技大学天线与电磁散射研究所,陕西西安710071;21西安海天天线科技股份有限公司,陕西西安710065) 摘 要: 本文对一种覆盖90度扇区的四波束切换天线进行了分析和设计.首先采用微带结构的4×4Butler 矩阵作为波束合成网络,其中90度相差的混合接头用3dB 定向耦合器实现.文中给出了该Butler 矩阵散射参数的计算和测量结果.然后对实现预波束要求的阵列结构进行了分析和综合.最后给出了整个波束切换样机天线的实际测试结果.关键词: 波束切换天线;微带Butler 矩阵;平面阵中图分类号: T N821 文献标识码: A 文章编号: 037222112(2003)0921372203Analysis and De sign of a Four 2Beam 2Switched AntennaG AO Xue 1,H U H ong 2fei 1,Y AO Zhong 2xing 2,FU De 2min 1,XI AO Liang 2y ong 2,G UO Wei 2sheng 2(11Institute o f Antennas and EM Scattering ,Xidian Univer sity ,Xi ’an ,Shaanxi 710071,China ;21Xi ’an Haitian Antenna Technologies Co.,Ltd ,Xi ’an ,Shaanxi 710065,China )Abstract : A four 2beam 2s witched antenna is analyzed and designed.Firstly ,a microstrip Butler matrix is used as the beam form 2ing netw ork ,in which the 90°hybrid is realized by a 3dB directional coupler.The S parameters of the netw ork are com puted and mea 2sured.Then ,the planar array used to obtain the desired beam pattern is analyzed and synthesized.Finally ,the experimental results of the prototype antenna are given.K ey words : s witched 2beam antenna ;microstrip Butler matrix ;planar array1 引言 在移动通信系统中,为了抑制多径衰落、极化失配以及其他干扰,引入了雷达和声纳领域中广泛应用的智能天线技术.智能天线分为波束切换智能天线和全自适应智能天线两大类.从理论角度,全自适应智能天线的接收效果更优,是智能天线的最终形式,但是由于其计算量大、暂态反应速度慢以及成本高等问题的制约,在实际系统中应用还需时日.波束切换天线预先设计几个高增益、低旁瓣的固定窄波束覆盖指定的扇区,然后根据用户的来波方向和特定的准则,选择某一波束指向.波束切换天线用高增益窄波束实现空分、用低旁瓣抑制干扰,方向图的自适应性是有限的.但其波束合成可以在射频端实现,且成本低,实现相对容易,对现有通信系统的升级非常方便,是解决现有系统容量扩充问题的切实方案,所以工程上倍受瞩目[1,2].本文设计了一种工作频率为2150MH z ～2162MH z 的4波束切换天线,覆盖90度工作扇区.采用微带结构的4×4Butler 矩阵,合成4个预定波束.用半波对称振子组成沿各向等间距排列的4×8平面阵列,通过方向图综合,对阵列采用不等幅馈电,有效降低各模式波束的较大副瓣.本文设计的天线不通 图1 4×4Butler 矩阵及混合接头示意图过数字信号处理形成波束,而采用射频部件产生多波束,这为未来的全自适应智能天线提供了一个重要的硬件解决方案,降低现有基站对移动通信系统性能的制约.2 Butler 矩阵波束合成网络 波束切换天线的波束合成网络可以控制天线激励单元的幅相分布,形成预定多波束,是波束切换天线的重要组成部分.当波束合成在射频端用硬件实现时,可以采用模拟合成器Butler 矩阵来进行控制.Butler 矩阵采用90度相差的混合接头,形成相互正交的波束.4×4Butler 矩阵和90度相差的混合接头的示意图如图1所示.其波束合成过程与快速傅立叶变换(FFT )非常相似,只不过Butler 矩阵对模拟数据域进收稿日期:2002204201;修回日期:2003204210第9期2003年9月电 子 学 报ACT A E LECTRONICA SINICA V ol.31 N o.9Sep. 2003 图2 微带Butler 矩阵的结构图行变换,而FFT 在离散数据域进行.当4×4Butler 矩阵4个输入端口分别激励时,输出端口分别对应于-45°、135°、-135°和45°等相位差[3].本文用微带结构实现上述功能,基片介质的相对介电参数εr =415,厚度为3mm.45°相移器用微带传输线来实现,90°相差的混合接头采用微带分支线定向耦合器结构.在中心频率的条件下,根据经验公式[4]设计相移器和耦合器,然后在整个频带内,采用文献[5]中的方法对结构进行修正和调整,得到如图2所示的设计结构.输出端口之间的相位差和输入端口之间的隔离度是But 2ler 矩阵的重要性能参量.前者影响阵列的馈电相位,后者直接影响各工作模式之间的隔离性能.图2结构的上述参数的仿真结果如图3～5虚线和表1所示.考虑到该微带电路的对称性,只需分别研究输入端口1与端口2、3、4之间隔离情况.由图可见,在工作频带内,散射参数的幅度均呈近似线性关系,其中|S 12|在频带内的变化幅度最大,但最大值与最小值之差仍不超过5dB.|S 12|在f =2150MH z 达到最大值,为-21171dB.|S 13|和|S 14|在最高频率f =2162MH z 达到最大值,分别为-2917dB 和-19113dB.表1给出了中心频率上各输入和输出端口之间相位关系.可见4个输入端口分别激励时,4个输出端口基本具有等相位差,分别是-45°、135°、-135°和45°.而且,整个频带内相位的一致性比较好,相对于中心频率的最大偏差不超过2°.由此可见,该设计结构可以实现各模式波束的相位控制和隔离.表1 4×4Butler 矩阵端口的相对相位关系输出1’(度)输出2’(度)输出3’(度)输出4’(度)输入1-4312-8818-13610-17915输入2-1321141613813-8817输入3-881713812414-13212输入4-17915-13610-8819-4313 按照设计尺寸,实际制作的微带Butler 矩阵的测量结果如图3～5实线所示.显见,该Butler 矩阵输入端口之间的散射特性在工作频带内与计算结果基本吻合,两者之间有一些差别的主要原因是,微带介质基片性能的一致性不高,另外还有一些测量误差的影响.图3 |S 12|计算和测量结果图4 |S 13|计算和测量结果图5 |S 14|计算和测量结果3 平面阵的设计 波束切换天线利用多个窄波束实现空分,利用低副瓣降低干扰.为了保证4个波束覆盖90度的扇区,理论上需要4个波束的主瓣最大值分别在θ=±10°和θ=±33°的方向,且其3dB 波束宽度分别为20°和24°,同时要求各波束增益不小于15dBi .众所周知,对于阵列天线,当阵列结构或单元方向图选择不当时,很容易产生栅瓣或较大的副瓣.在本文的波束切换天线中,当使用旁边的两个波束模式时,扫描角度达θ=±33°,如果伴随产生的高副瓣出现在90度扇区内,将会大大降低系统抑制干扰的能力.而且,为了保证4波束完全覆盖工作扇区,同时要求相邻波束的交叉电平不小于-4dB .因此,如何设计阵列天线,从而产生上述要求的预波束,也是多波束天线设计的关键技术.根据上述扫描角度、波束宽度以及增益的要求,采用半波振子为单元,振子沿x 轴放置,首先可以确定阵列形式为4×图6 等幅馈电阵列的E 面方向图8均匀平面阵列,单元间距分别为dx =016λ和dy =015λ. 首先分析阵列单元等幅馈电的情况.Butler 矩阵的四个输出端口分别对应于4列直线阵,数值模拟该阵列E 面、H 面方向图,结果如图6和7所示.可见,4个波束的主瓣最大值分别出现在±1015°和±3115°左右,旁边波束和中间波束的3dB 波束宽度分别为2018°和21°,整个波束切换天线的3dB 波束覆盖范围为86°,相邻波束的交叉电平为-218dB ,H 面波束宽度约为15°.以上参数基本满足要求,但是天线E 面旁边两个波束伴随有-7dB 的副瓣,所以当天线处在旁边某3731第 9 期高 雪:四波束切换天线的分析与设计一波束的工作模式时,造成覆盖小区应该抑制干扰的中间区图7 等幅馈电阵列的H 面方向图域有较大波瓣,所以有可能将较大的干扰同时接入到信道,降低信噪比.为此,必须考虑副瓣抑制.E 面方向图主要取决于阵列x 方向的间距和幅相分布,由于x 方向单元均匀排列,可以用离散阵列方向图综合方法.我们只改变单元激励幅度,采用幅度递减对称分布形式,即1∶A ∶A ∶1(A >1),压低副瓣电平.将波束增益最大作为目标,设A 为优化变量,使其在1和3之间变化,令副瓣电平小于-11dB 和相邻波束交叉电平不小于-4dB 为约束条件,建立优化问题求解[6].得到激励幅度依次为1∶11735∶11735∶1,对应的E 面和H 面方向图如图8和9所示.可见,在其他参数变化不大的情况下,高副瓣得到有效抑制.图8 不等幅馈电阵列 图9 不等幅馈电阵列的E 面方向图 的H 面方向图4 天馈系统实验结果与分析 采用上述微带Butler 矩阵和不等幅馈电的4×8平面阵,加工制作了波束切换天馈线系统,并对其电气性能进行了调试和测量.图10是其中心频率上的方向图实测曲线[7].E 面两个内波束分别指向±10°左右,波束宽约为21°,波束增益约为16dBi ,两个外波束分别指向±33°左右,波束宽度为23°,波束增益约为15dBi.四个波束的覆盖角度为88°,最大副瓣电平图10 4波束切换天线的E 面和H 面方向图实测结果低于-10dB ,整个频带内驻波比均小于115.值得注意的是,当采用不等幅馈电时,与等幅馈电相比会造成方向性系数降低.5 结束语 本文介绍了工作频率为2150MH z -2162MH z 的四波束切换天线的分析和设计过程.采用微带结构的4×4Butler 矩阵作为模拟波束合成器,给出了设计结构和仿真及测试结果.研究了实现预波束的阵列结构,首先根据增益和扫描角度的要求确定天线阵单元、数目及排列方式,然后通过优化激励电流的幅度,有效降低旁边波束的较高副瓣,得到了实现期望方向图的阵列形式.文中最后给出了整个天馈系统的测试结果,说明本文的设计方案切实可行,该系统在移动通信中有良好的应用前景,并为全自适应智能天线提供重要的硬件设计参考.参考文献:[1] M Chryss omallis.Smart antennas [J ].IEEE Antennas and PropagationM agazine ,2000,42(3):129-136.[2] S S walse ,et al.The performance enhancement of multibeam adaptivebase 2station antenna for cellular and m obile radio system [J ].IEEE T rans Vehicular T 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