智能天线介绍

智能天线介绍

技术室：李盼星

摘要：智能天线是天线技术发展的一个方向，了解智能天线的基本构造和原理，对以后的工作有重要的意义。

关键词：智能天线、波束、阵元、端口

第一章：引言

1.1 智能天线的基本功能

智能天线是N列取向相同的天线按照一定方式排列和激励，利用波的干涉原理形成预定波束的阵列结构天线。智能天线可以通过镇原信号的加权幅度和香味来改变阵列的方向图形，即自适应或以预制方式控制波束宽度，指向和零点位置，使波束指向期望的方向，实现对移动用户的波束跟踪，并自动地一直干扰方向的副瓣电平。

1.2智能天线与GSM天线的区别

1.2.1结构组成区别

智能天线由两个以上天线阵列组成，而GSM系统天线只由一个天线阵列构成

1.2.2功能区别

智能天线可以通过改变对各天线阵列的激励（即权值）形成预定波束。而GSM天线只有一个阵列，起波束在设计师已确定，出厂后不可改变。

在进行小区覆盖宽度调整是，GSM天线只能更换，TD-SCDMA智能天线可以通过软件改变预定波束的宽度（特指广播波束），灵活的调整覆盖范围。

第二章智能天线的分类

2.1 全向天线

在360°任意方位上均可进行波束扫描的智能天线阵列。

2.2定向单极化天线

特指采用单极化辐射单元，组成定向阵列，可以在特定方向内进行波束扫面的天线阵列。

2.3定向双极化天线

特指采用双极化辐射单元，组成定向阵列，可以在特定方向内进行波束扫描的天线阵列。

第三章：相关基本概念

3.1单元波束、广播波束、业务波束

单元波束定义为：智能天线单一阵列的接收或者发射的水平面辐射方向图。

即智能天线阵列中任意馈电端口在其他所有端口都接负载是发射或接收到的辐射方向图。广播波束定义为：对智能天线阵列施加的幅度和相位激励所形成的全向覆盖或扇区覆盖的辐射方向图。

业务波束定义为：对智能天线阵列市价特定的幅度和相位激励所形成的在工作角域内具有任意波束指向扫描以及具有高增益窄束的方向图。

3.2波束宽度

波束宽度值波束的主瓣中功率电平下降一半（3DB）的角度范围，如下图所示：横坐标是角度值，纵坐标-3db处的虚线与波束图相交叉的两个点之间的角度约为65°。

3.3波束权值

a)什么是权值，什么是TD广播波束权值：

权值是天线各端口所施加的特定激励信号的量化表示方法，天线端口施加特定激励的目的是为了得到具有特定覆盖效果的方向图。权值可以表示为幅度/相位方式，幅度一般用归一化的电压值U或电流值I表示（也可以用归一化公路车表示，注意，功率表示与电压电流表示方式的关系为平方、开方），相位用角度表示。在将权值导入某些厂家的OMC前可能需要将其转化为其他格式。

TD广播权值是为得到满足特定小区广播信道覆盖方向图而对各天线端口施加的激励信号。一般所提到的权值均值“TD广播波束权值”。

B）不同厂家天线广播波束权值不同：

各厂家的单元列方向图因天线内部具体实现结构的不同而存在差异，而广播波束是在权值作用下个单元列方向图的矢量叠加，各厂家单元方向图不同，导致各厂家权值可能存在差异。一般来说权值不能通用，但是也存在将A厂家的权值赋在B厂家的天线上仍可以勉强工作的情况。

C）不同类型天线广播波束权值不同，特别是单极化双极化完全不同：

单极化天线权值一般呈对称分布，即，端口1与端口8相同或近似、端口2与端口7相同或

近似、端口3与端口6相同或近似，端口4和端口5相同或近似。典型的单极化权值如下（仅为示意，不做实际应用）：

双极化天线8个端口如果分成前后2组，每组4个，则前4个端口与后4个端口的权值完全相同（非轴对称）。典型的双极化权值如下（仅为示意，不做实际应用）

由此可见，一旦将双极化天线的权值用在单极化上或者反之，会对覆盖带来极不利的影响。

d)给同一面天线不同的广播波束权值激励，可以得到不同宽度的广播波束：

这是智能天线的应用优势，可以不改变硬件，完全使用软件方法实现波束的动态调整。

e）对于同一面天线同一个广播波束宽度可能存在若干组不同的管波波束权值：

这些权值都能够实现对特定宽度（如65度）的广播波束惊醒赋型（具体形状可能略有不同），这些组权值可能都是正确的，但是只有一组是最优的。一般认为绝对最优的权值是不能得到的。虽然理论上存在相对最有权值，但有其存在的前提。

第一、针对具体的单元方向图；

第二、第二、确定最有的判断标准，如3dB内起伏小、3dB宽度稳定、60度下降稳定或EIRP 损耗小等等。

第三、第三测试所用功分板和测试方法足够准确。

对于第一点，即便考虑同一批次的产品，每个天线的单元方向图都可能存在差异，因此不存在某一权值对于所有天线军事最优的。

对于第二点，由于图形是一条曲线而不是简单的几个数字，目前业界缺乏对图形好坏的同一判断标准，仅片面的考察个别指标值判断权值最有是没有意义的，即便暂时获得，也不能断定未来没有更好的出现。

对于第三点，从理论计算和方针得到的权值必须要经过实际测试验证才能确认，现在比较通用的做法是：按照理论计算得到的交友全职生产特定幅度相位的功分板，将功分板得到最终

权值。而目前由于制造工艺的限制，功分板的精度还未达到十分理想的程度，而功分板与天线间存在馈线及接头，导致在测试过程中每逢短裤的幅相准确度有差异。因此从测试角度讲，只能得到相对准确的权值而无法得到绝对准确的权值，更无法谈及最优权值。

第四章、智能天线应用场景

一般智能天线有4阵元、6阵元、8阵元三种型号的。

一、市区

在市区常用到有6阵元天线，6阵元天线+优化算法性能比8阵元单极化的性能要好。还有4+4双极化天线，性能和8阵元相当。面积和重量都比八阵元的小。

二、郊区和农村

因为天线平台空间相对充裕，郊区和农村可以采用8阵元单极化的天线。

三、特殊场景

在室内分布或者小型覆盖的特殊场景下可以采用4阵元的天线。

第五章、MIMO技术和智能天线

MIMO技术是利用多根发射天线和多根接收天线进行无线传输的技术，它的关键是通过空间分集将传统通信系统中存在的多径影响因素变成对通信性能有利的增强型因素，从而提高信道的容量和信道的可靠性。

智能天线是利用多根发送天线发送相同的数据流，提高链路的可靠性。Mimo技术是在不同的天线上发送不同的数据，提高整体的信道容量。

据说，双极化天线是MIMO技术和智能天线的最佳结合。双极化天线可以获得2个独立衰落通道，满足MIMO多流传输的要求，而且双极化天线可以提供波束赋型增益和分集增益，提高信道可靠性。