本科生论文智能天线在移动通信中的应用

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1、本科生毕业论文智能天线在移动通信中的应用院 系 电气信息工程学院 专 业 物理学 班 级 08 物理学本科1班 学 号 0601080103 学 生 姓 名 宋艳菊 联 系 方 式 15137461446 指 导 教 师 冯团辉 职 称 副教授 2012年5月独 创 性 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业论文是本人在指导老师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名： 年 月 日授 权 声 明本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业论文的规定，即：有

2、权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文的复印件和磁盘，允许毕业论文被查阅和借阅。本人授权许昌学院可以将毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文。本人论文中有原创性数据需要保密的部分为： 签名： 年月日指导教师签名： 年 月日智能天线在移动通信中的应用摘 要天线作为移动通信的最主要元素，是辐射和接收电磁波的部件。天线性能的优劣，对移动通信的总体性能起着非常重要的作用。由于用户需求的增加，移动通信系统对天线的要求越来越高。本文首先介绍天线的电磁波理论及天线的一些重要参数；然后详细阐述智能天线系统，它是由一个天线阵列、一组波束形成的网络以及算

3、法组成的；最后介绍智能天线在处理移动通信问题的优势，和传统天线的天线相比，它具有信号间彼此无干扰、减少外界干扰和噪声的影响、提高信号的覆盖率等特点。智能天线技术无疑将为未来的移动通信提供最优质的服务。关键词：智能天线；移动通信；天线阵列；波束形成网络 The Application of the smart Antenna in mobile CommunicationABSTRACTAs a key element of the mobile communication, the antenna is radiation and receives electromagnetic wave c

4、omponents. The performance of the antenna to the overall performance of mobile communication plays a very important role. Due to the needs of the user increases, the mobile communication system to the requirements of the antenna has improved. This paper first introduces the theory of electromagnetic

5、 wave antenna and some important parameters .then t describes the smart antenna system. it is by an antenna array and a set of the beam formation of the network, there are many differences between intelligent and traditional antenna. it has no interference between signal each other , it can reduce o

6、utside interference and noise, reduce the influence of radiation power, improve signal coverage and so on. Intelligent antenna technology will provide the best quality service to the mobile communication in future. Key words: the smart antenna; the mobile communication; Antenna array; Beam form a ne

7、twork 目 录1 绪论11.1 国内外对智能天线的研究11.2 移动通信及其面临的问题12 天线的电磁波理论22.1 电磁波辐射22.2 时变场的滞后位22.3 电偶极子的近区场和远区场43 天线的电参数43.1 天线方向图43.2 天线方向系数63.3 天线增益63.4 天线的噪声温度74 智能天线74.1 智能天线原理74.2 智能天线系统84.3 智能天线在实际中的应用及不足12总结13参考文献14致 谢15智能天线在移动通信中的应用1 绪论现代信息技术的诸多领域几乎全部涉及到电磁场和电磁波理论。天线就是一种能按规定方向有效地辐射电磁波的装置。移动通信无疑是与人们的生活关系最密切的领

8、域之一，而天线是移动通信中最关键的部分。随着移动用户和移动业务需求量的增加，如用户需求从简单的语言通信发展到短信息、网页浏览甚至视屏和在线游戏等，这些业务对传输量要求越来越高，通信信道的不足和干扰问题则是移动通信所面临的严重问题。智能天线技术给移动通信带来了福音，它最初应用于军事、雷达等方面，它是一种具有波束形成能力的天线阵列，能够产生空间的定向波束，这样可以使天线的主波束即主瓣对准期望用户信号到达方向，同时也能使旁瓣或零陷对准干扰信号到达的方向，以此使智能天线具有充分利用移动用户信号，而且能够有效的抑制或删除干扰信号的性能。1.1 国内外对智能天线的研究20世纪90年代由于CDMA成为第三代

9、移动通信的主流技术，在移动通信中引入了“智能天线”技术，学术上称为波束赋形技术。由于多波束天线技术应用范围广泛，目前智能天线已经成为移动通信领域的一个研究热点，许多大学和研究机构都开展智能天线方面的研究开发，如美国斯坦福大学、瑞典皇家工学院以及索爱、诺基亚公司等。因为智能天线中的自适应数字多波束形成技术能够适用于移动通信CDMA系统，所以欧州委员的信息社会技术计划和ACTC计划对智能天线技术都有支持。随着无线电技术的迅速发展和提高以及信息处理技术的互相联合，使得多波束自适应算法的改进将是今后的研究课题，也是其核心技术。国内有关研究所也积极从事这方面的研究。大唐电信信威公司研究开发的TD-SCD

10、MA系统将智能天线应用于时分双工(TDD)方式的WLL系统中，是国际上第一个使用智能天线系统的公司。11.2 移动通信及其面临的问题移动通信是指通信双方至少有一方在移动中或是临时停在某一个非预定的位置上进行信息的传输和交换，包括移动体和移动体之间、移动体和非移动体之间的通信。按照移动通信的设备分类，包括蜂窝状移动电话、公用无绳电话、移动通信卫星、移动数据通信、无线局域网、蓝牙传递信息等。通信技术的发展极大地影响着人类社会的进步，高效、便捷、精准的通信技术对于加快运行的效率以及方便人们的生活意义重大，移动通信市场的高速增长有力地推动了移动通信技术的发展，同时也对通信技术提出了更高的要求。一方面要

11、通信盲区不断的缩减 ，电磁波的传播过程中由于多方面的原因如地形复杂造成了通信中信道的衰落，如路径损耗、阴影衰落等是通信质量受到严重的影响。另一方面也要求通信质量以及通信涵盖范围有大幅上升，移动通信可以利用的频谱资源非常有限，但是移动通信业务量的需求却与日俱增,越来越多的新型通信技术开始规模化地应用到移动通信之中。传统的天线-蜂窝系统的性能和容量已经无法满足现代通信的需求，其主要原因是由于信号的干扰所造成的，而最通常的干扰有同信道干扰和相邻信道干扰，如在同一小区内用户数的中增加意味着每一个移动用户的同信道干扰的增加和 信干比的下降。在这方面智能天线能够有效的解决这一问题，研究智能天线的性能和智能

12、天线系统的实现成为我们的当务之急，同时智能天线也是一种随着时间发展不断加入新技术的不断跟新的技术。2 天线的电磁波理论2.1 电磁波辐射电磁波辐射是一种携带能量的电磁波向远处传播出去而不再返回波源的现象。当振荡源的频率提高到时变电磁场的波长和天线的尺寸可以比拟的时候，就会产生显著地辐射。电磁波辐射系统最简单的形式电偶极子和磁偶极子。电偶极子是长度非常短的直流电流元，它远小于波长，以至于可以认为其上各点的电流是等幅等相的。由于电偶极子是一端孤立的电流元，随着电流的流动性在其两端必然出现等值异性的电荷，一端为+q，另一端则为-q，其电荷量的大小及正负都随时间变化，而实际的天线看作是无数的这种电偶极

13、子的连接。如果求出了电偶极子所产生的电场、磁场，同时又知道了某天线上的电流分布规律，就可以根据场的叠加原理，利用积分的方法，求出天线所产生的场。2.2 时变场的滞后位动态场中引入的标量位和矢量位是滞后位，即它们的值是由此时刻以前的源决定的，滞后的时间是电磁波传播从源点到场点所需的时间。利用滞后位可计算电流元的辐射场，由此可作出它的方向图并计算其辐射功率，辐射电阻，方向向系数及增益等参量。下面给出滞后位给出简单的推导。点电荷在周围产生的场就有球对称性，标量电位只与径向r有关，满足的方程为 （2-1）设,则上式变为 （2-2）则此式为一维波动方程，其通解为 （2-3）于是是瞬时值表达式为 （其中

14、、为待定系数） （2-4）假设仅是的函数，则 （2-5）位于坐标原点的静止电荷产生的标量电位为 （2-6）由于静态场是时变场的特殊情况，则时变场的标量位应为 （2-7）则体积内部分布电荷产生的标量位为 （2-8）上式表明在点处时刻的标量电位不是由时刻体积内的电荷密度决定，而是由时刻的电荷密度决定，观察点的位场变化滞后于源的变化，滞后的时间是源的变动以速度传播距离到观察点所需要的时间。12.3 电偶极子的近区场和远区场2.3.1 近区场近区场是指从源点到场点的距离r远远小于波长，即，。其电场、磁场的表示式为 （2-9） （2-10） （2-11）近场区明显的特点是电场强度与磁场强度有的时间相位差。即、与相差一个因子。这就意味着以及