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
Page7
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
Page4
赋型原理
一、天线阵辐射方向图优化公式
Page5
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）
Page23
阵列设计
三、三频天线：低频移相器组件
Page24
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
Page20
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。
相控阵波束赋形，阵列天线设计实例
相控阵波束赋形，阵列天线设计实例为了提⾼⽆线通信和雷达系统的性能，对天线架构的需求在不断增长。
相⽐于传统的机械控制抛物⾯天线，在新型应⽤中需要功耗更⼩，剖⾯更低的天线。
除了这些需求之外，还需要快速重新定位到新的威胁或⽤户，传输多个通道，并且有更长的使⽤期限。
基于阵列的相控天线设计正在席卷整个⾏业，使得这些挑战得以实现。
先进的半导体技术正在解决相控阵天线过去的缺点，最终在尺⼨、重量和功率⽅⾯有所降低。
本⽂将简要介绍现有的天线解决⽅案以及电控天线具有的优势。
然后，将介绍半导体技术如何帮助实现改进电控天线的SWaP-C的⽬标，接下来是以ADI 技术的实例来介绍。
引⾔⽆线电⼦系统依赖于天线发送和接收信号已经运⾏100多年了。
随着对精度、效率和更⾼级指标的需求变得越来越重要，这些电⼦系统继续在改进和完善。
抛物⾯天线已被⼴泛⽤于发射(Tx)和接收(Rx)信号，其中⽅向性⾄关重要，并且这些系统在经过多年优化后能以相对低的成本良好运⾏。
这些抛物⾯天线拥有⼀个⽤于旋转辐射⽅向的机械臂，它们确实存在⼀些缺点，包括转向慢、体积⼤、长期可靠性差，以及仅具有⼀个符合要求的辐射⽅向图。
因此，⼯程师们已转向先进的相控阵天线技术来改进这些特征并增加新的功能。
相控阵天线采⽤电动转向机制，相⽐于传统的机械转向天线具有诸多优点，例如：低剖⾯/体积⼩，更⾼的长期可靠性，快速转向和多波束等。
凭借这些优势，相控阵天线已经在军事、卫星通信、车联⽹、5G通信等领域得到⼴泛应⽤。
相控阵技术相控阵天线是组装在⼀起的天线阵元的集合，其中，每个单元的辐射图在结构上与相邻天线的辐射图合成形成称为主瓣的有效辐射图。
主瓣在期望的⽅向辐射能量，⽽天线设计的⽬的是在不需要的⽅向上形成零点和旁瓣。
天线阵列设计⽤于最⼤化主瓣辐射的能量，同时将旁瓣辐射的能量降低到可接受的⽔平。
可以通过改变馈⼊到每个天线单元的信号的相位来控制辐射⽅向。
图1显⽰了如何调整每个天线中信号的相位，将有效波束控制在线性阵列⽬标⽅向上。
大规模天线波束赋形技术原理与设计
大规模天线波束赋形技术原理与设计
大规模天线波束赋形技术（massive MIMO，即 Massive Multiple-Input Multiple-Output）是一种利用大量天线进行通信的技术。
它的原理是通过在发射端和接收端增加大量天线，利用空间资源和多径传播效应，实现更高的信号容量和更好的传输性能。
在大规模天线系统中，通过调整天线的相位和功率分配，可以形成多个波束，即空间指向性较强的信号。
这样可以实现多个用户之间的信号分离，减小多用户干扰，并提高系统的信号质量和传输速率。
大规模天线波束赋形技术的设计主要包括以下几个方面：
1. 天线选择和布局：选择合适的天线数量，同时考虑天线的分布方式，可以是线性阵列、面阵列或其他形式。
天线之间的距离和排列方式也需要经过研究和设计，以最大程度地利用空间资源。
2. 信号处理算法：通过算法设计和优化，实现天线之间的相位和功率分配。
常用的算法包括最大比合并、零对角化传输等。
这里面包含了很多数学模型和优化方法，需要进行复杂的计算和仿真。
3. 信道估计与反馈：天线波束赋形需要准确的信道状态信息来实现波束的形成和分配。
因此，需要进行信道估计和反馈，采集和处理有关信号传输和多径传播的信息，进行准确的信道估
计和跟踪。
4. 反干扰技术：大规模天线系统中，多用户之间的干扰问题比较严重。
因此，需要设计和研究相应的反干扰技术，减小用户之间的干扰，提高系统的信号质量和容量。
总的来说，大规模天线波束赋形技术的设计需要考虑天线选择和布局、信号处理算法、信道估计与反馈以及反干扰技术等多个方面。
通过合理地设计和优化，可以实现更高的信号容量和更好的传输性能。
射频天线设计 波束赋形
射频天线设计波束赋形射频天线设计中的波束赋形是一项重要的技术，它能够改善天线的指向性和增益，从而提高通信系统的性能。
波束赋形可以理解为将射频能量集中在特定方向上，以提高信号的传输效率和容量。
本文将介绍波束赋形的原理、应用和设计方法。
波束赋形的原理是利用天线阵列的相位控制，改变天线阵列的辐射模式，使得辐射能量在特定方向上有更高的集中度。
这样可以增加天线的指向性和增益，减小信号在其他方向上的辐射损耗，从而提高信号的传输质量和距离。
波束赋形可以应用于各种通信系统，包括无线通信、雷达、卫星通信等。
在无线通信系统中，波束赋形可以用于改善信号覆盖范围和减小多径干扰。
通过调整天线阵列的相位和幅度，可以将信号能量集中在用户设备所在的方向上，提高信号的接收效果。
同时，波束赋形还可以减小信号在其他方向上的辐射，降低了多径干扰的影响，提高了系统的容量和可靠性。
波束赋形的设计方法主要有两种：基于模式发射和基于自适应算法。
基于模式发射的设计方法是通过分析和优化天线阵列的辐射模式，选择合适的天线布局和相位控制方式，以实现指定的波束赋形效果。
这种方法需要对天线阵列的辐射特性进行精确的建模和仿真，需要较高的工程经验和专业知识。
基于自适应算法的设计方法是利用信号处理和优化算法，根据接收到的信号信息动态地调整天线阵列的相位和幅度。
这种方法不需要对天线阵列的辐射特性进行精确的建模，适用于复杂的无线信道环境和变化的通信条件。
基于自适应算法的设计方法具有较高的灵活性和实时性，但需要较大的计算和处理能力。
波束赋形在射频天线设计中有着广泛的应用。
在无线通信系统中，波束赋形可以用于提高基站的覆盖范围和容量，减小用户设备之间的干扰。
在雷达系统中，波束赋形可以用于提高目标检测和跟踪的精度和灵敏度。
在卫星通信系统中，波束赋形可以用于提高地面接收站的接收效果和容量。
波束赋形是一项重要的射频天线设计技术，可以提高通信系统的性能和效果。
通过合理设计和优化，可以实现更好的信号覆盖范围、容量和可靠性。
一种阵列天线波束赋形方法[发明专利]
![一种阵列天线波束赋形方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/9e84878cc67da26925c52cc58bd63186bceb9226.png)
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201510361848.1(22)申请日 2015.06.26H04B 7/04(2006.01)H01Q 3/38(2006.01)(71)申请人中国船舶重工集团公司第七二四研究所地址210003 江苏省南京市中山北路346号(72)发明人祁峥东 高国明 袁洪 简玲(54)发明名称一种阵列天线波束赋形方法(57)摘要本发明涉及一种阵列天线波束赋形方法，属于无线通信、信号处理技术领域。
本发明涉及一种阵列天线唯相位变换波束赋形方法，即在功率保持不变的情况下仅通过相位加权来实现不同辐射要求的波束赋形，该发明包括以下部分：使用量化粒子群算法得出每一个理想方向图对应的单元幅相值作为迭代傅里叶变换的初值，应用离散傅里叶逆变换(IFFT)得出数组方向图，然后与期望方向图比较得出新的方向图，再应用快速傅里叶变换(FFT)反算出新的单元激励。
本发明结合量化粒子群算法方向图赋形的快速性、有效性以及迭代傅里叶算法能最终收敛和收敛速度快的特点，提高仅相位变化各方向图的空域内波束覆盖的能力，因而具有较好的工程实用性。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书5页 附图4页(10)申请公布号CN 104901734 A (43)申请公布日2015.09.09C N 104901734A1.一种阵列天线波束赋形方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将每个单元的幅相参数量化，确定幂数N，对线性阵列的每一个单元的电流幅度和相位幅值分别按照上下限进行等间隔分段，分段数量为2N ，取每个分段的中间值作为量化值，并对每一个量化后电流幅度和相位幅度分别度按1～2N 进行编号；假设QPSO 算法的单元数为M，则初始种群数初值设定为2M，最大种群数设定10M，可产生的种子区间为[1，M/2]，解搜索空间为[1，2N ]；QPSO 算法中的适应度函数选择为：0.8×|MSLL-SLVL|+0.2|LL_MAX-NLVL|，其中：MSLL 为方向图旁瓣最高值；SLVL 为理想方向图旁瓣最高值；NLVL 为所有指定角处的模值；LL_MAX 为理想方向图的波纹的上下限；步骤二：QPSO 算法具体实施步骤如下：(a)计算粒子的初始位置和速度，速度和位置利用公式其中w 为惯性因子，c 1和c 2为加速因子，r 1和r 2为[01]之间均匀分布的随机数，w 的计算公式为：其中w max ，w min 分别表示w 的最大值和最小值，f 表示粒子当前的目标函数值，f avg 和f min分别表示当前所有微粒的平均目标值和最小目标值。
一种赋形阵列天线的优化设计
微波学报 2010 年 8 月
图 3 单元天线实物图
为严重，这种影响的存在引起了各单元有源输入阻 抗的恶化，将使天线单元与馈电网络间产生多次反 射，对馈电网络幅相产生很强的牵引作用导致馈电 网络严重偏离设计值[8]。为了补偿阵中天线单元的 有源输入阻抗的改变，使之尽可能与其后的馈电网 络匹配良好，天线单元最终的尺寸应该在阵列环境 中确定。图 6 是根据优化仿真的最终结果制作阵列 出来的天线实物图，方向图的测试结果见图 7，其 他的天线辐射参数测试结果见表 1。
图2
局部优化与全局优化
2
单元天线仿真及测试
图1
N −1 n =0
优化算法流程图
由式(1)得泰勒阵列方向图函数模值为：
jnui θi ) | | ∑ an e= | S (= |
Ci2 + Di2
(4)
式中， C
i
=
∑ c ， Di
N −1 n =0 i n
=
∑d
n =0
N −1
i n
i i = cn I n cos(α n + nu= I n sin(α n + nui ) i ) ， dn 对 给 定 的 方 向 图 f (θ ) 进 行 取 样 ， 取 样 点 为 = θi , i 0,1, 2, , N − 1 ,即 0 ≤ θ 0 ,θ1 , ,
设有一个单元数为 N，单元间距为 d 的直线阵 列,其阵因子容易写出为：
S (θ ) = ∑ an e jnu
n =0 N −1
(1)
jα n = an I= , u kd cos = θ , θ 0o ~ 180o , I 和 α ne 其中， n n 分别为各单元的激励幅度和相位，是需要确定的 量；k= 2π/λ，λ为工作波长。设阵因子最大值为 Smax，则归一化方向图函数为： (2) S (θ ) = S (θ ) / S max 要实现指定赋形波束 f (θ ) ，则对给定的方向图函 取样点为|f0(θi)| ， i=0,1,2,…M， 数 f (θ ) 进行取样， 有： (3) θi = i ×180 / M 直线阵列的阵因子 S (θ ) 要实现指定的赋形波束 f (θ ) ,这实际上是一种函数的逼近。 在单元数 N 和
5G技术中的大规模天线阵列与波束赋形技术
5G技术中的大规模天线阵列与波束赋形技术随着移动通信技术的不断进步，人们对于更高速率、更可靠的无线通信需求也越来越大。
为满足这一需求，5G技术应运而生。
5G技术的核心之一就是大规模天线阵列与波束赋形技术，它们在提高数据传输速率和增强无线信号质量方面发挥着重要作用。
大规模天线阵列是5G系统中基础设备的重要组成部分。
传统的无线通信系统多采用单一的天线发射信号，而大规模天线阵列是由数十个乃至数百个天线组成的阵列。
这种天线阵列的设计类似于雷达天线，但其目的是更好地聚焦和捕捉无线信号。
通过将多个天线的信号相互干涉叠加，可以增加无线信号的传输距离和传输速率，实现更强的信号覆盖。
而波束赋形技术是5G技术中另一项重要技术。
波束赋形是通过调整天线阵列的相位和幅度，使得无线信号能够准确地聚焦在特定的用户或区域。
传统的通信系统在发送信号时会将信号辐射到周围的空间中，效果相当于将信号均匀地向四面八方辐射。
而波束赋形技术则可以将信号按照指定的方向进行辐射，提高了信号的传输效率和容量。
通过使用波束赋形技术，可以将大量的能量聚焦在用户所在的位置，从而提供更强的信号强度和更高的数据传输速率。
大规模天线阵列和波束赋形技术的结合，可以实现更好的信号覆盖和更高的数据传输速率，为5G技术的推广和应用提供了重要的技术支持。
大规模天线阵列可以提高信号覆盖范围和干扰抑制能力。
通过将多个天线的信号聚合在一起，可以提高信号的强度和覆盖范围，同时在传输过程中还可以对多径干扰进行抑制，提高信号的传输质量。
波束赋形技术可以提高数据传输速率和系统容量。
通过将无线信号进行精确定向，可以将信号能量集中在用户所在的位置，提高信号的传输速率和系统容量。
但是，大规模天线阵列和波束赋形技术在应用过程中也面临一些挑战。
由于天线数量的增加，天线之间的相互干扰成为一个问题。
当天线之间相互干扰时，可能会降低系统的传输质量。
大规模天线阵列和波束赋形技术的实现需要更高的计算和处理能力，这对于基站设备来说是一项挑战。
阵列天线波束赋形
阵列天线波束赋形
阵列天线波束赋形是一种信号处理技术，通过调整天线阵列中每个阵元的加权系数产生具有指向性的波束，从而能够获得明显的阵列增益。
这种技术广泛应用于扩大覆盖范围、改善边缘吞吐量以及干扰抑止等方面。
它既可以用于信号发射端，也可以用于信号接收端。
阵列天线的波束赋形是一个非凸、多维、多目标问题，求解涉及到电磁场、数学、工程学等多个领域的知识。
这类综合方法有内插法、多项式逼近法、伍德沃德—劳森综合法、智能优化计算方法等。
其中智能优化算法，如遗传算法、粒子群算法和差分进化算法等，已广泛应用于天线和电路等电磁工程领域。
在实际系统中应用的波束赋形技术可能具有不同的目标，如侧重链路质量改善（覆盖范围扩展、用户吞吐量提高）或者针对多用户问题（如小区吞吐量与干扰消除/避免）。
波束赋形如今广泛用于5G的天线阵列，正常等相的2个点源的增益是3dB，5G的天线端口大于64，可知5G方向性的增益是相当大的。
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或查阅相关文献资料。
阵列天线波束赋形技术研究与应用
阵列天线波束赋形技术研究与应用一、本文概述阵列天线波束赋形技术是现代无线通信领域的关键技术之一，其研究与应用对于提高通信系统的性能、扩展通信覆盖范围以及实现更为精确的无线通信具有重要意义。
本文旨在深入探讨阵列天线波束赋形技术的原理、方法及其在无线通信领域的应用。
本文将对阵列天线波束赋形技术的基本概念进行阐述，包括阵列天线的构成、波束赋形的原理以及赋形波束的特点等。
本文将详细介绍阵列天线波束赋形的主要方法，包括波束形成算法、波束指向控制、波束宽度调整等，并对各种方法的优缺点进行分析。
本文还将探讨阵列天线波束赋形技术在无线通信系统中的应用，如提高信号接收质量、增强系统容量、扩大覆盖范围等。
本文将总结阵列天线波束赋形技术的研究现状和发展趋势，并对未来的研究方向和应用前景进行展望。
通过本文的研究，旨在为读者提供对阵列天线波束赋形技术的全面认识，并为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
二、阵列天线波束赋形技术基础阵列天线波束赋形技术，又称为波束形成或波束指向技术，是阵列信号处理的核心内容之一。
它通过对阵列中各个天线元素进行幅度和相位的加权控制，实现对特定方向信号的增强或对特定方向干扰的抑制，从而实现波束的定向传输和接收。
阵列天线波束赋形技术的基础主要包括阵列天线的数学模型、波束赋形的优化算法以及波束赋形的性能评估等方面。
阵列天线的数学模型是波束赋形的基础。
它通过对阵列中各个天线元素的辐射特性进行建模，将阵列的输出表示为各个元素辐射场的叠加。
常见的阵列天线模型包括均匀线阵、均匀圆阵和平面阵等。
这些模型为后续的优化算法提供了理论基础。
波束赋形的优化算法是实现波束赋形的关键。
优化算法的目标是根据特定的优化准则，如最大信噪比、最小均方误差等，确定阵列中各元素的加权系数。
常见的优化算法包括最大信噪比波束形成算法、最小均方误差波束形成算法以及基于遗传算法、粒子群优化等智能优化算法的波束形成算法。
这些算法在不同的应用场景下具有各自的优缺点，需要根据具体需求进行选择。
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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