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天线与电波传播学习体会
随着全球通信业务的迅速发展，作为未来个人通信主要手段的无线移动通信技术己引起了人们的极大关注，在整个无线通讯系统中，天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，其性能的优良对无线通信工程的成败起到重要作用。
快速发展的移动通信系统需要的是小型化、宽频带、多功能（多频段、多极化）、高性能的天线。
微带天线作为天线家祖的重要一员，经过近几十年的发展，已经取得了可喜的进步，在移动终端中采用内置微带天线，不但可以减小天线对于人体的辐射，还可使手机的外形设计多样化，因此内置微带天线将是未来手机天线技术的发展方向之一，但其固有的窄带特性（常规微带天线约为百分之二左右）在很多情况下成了制约其应用的一个瓶颈，因此设计出具有宽频带小型化的微带天线不但具有一定的理论价值而
且具有重要的应用价值，这也成为当前国际天线界研究的热点之一。
天线问题的严格分析是一个电磁场边值型问题，需要根据其边界条件确定麦克斯韦方程的特解。
因此微带天线的严格分析将是非常复杂的，而通常根据微带天线的实际特征做某些方面的假设和近似进而得出分析模型则不失为一种简单有效的处理手段。
由麦克斯韦方程的不同解法发展了多种分析微带天线的解析方法，这里我们主要介绍以下三种模型，它们由于其简单实用而在规则贴片天线的分析中获得了广泛的应用。
电磁场与微波测量实验实验报告实验名称:班级：姓名：学号：学院：北京邮电大学实验七.天线与电波传播一、 实验目的（1）掌握微波信号发生器及测量放大器的使用方法。
（2）了解水平面接收天线方向性的测量方法。
二、 实验仪器标准信号发生器、选频放大器、喇叭天线、波导调配器、可变衰减器、波导元件。
三、 实验原理及步骤对于辐射波传输方式，最重要的是测试其辐射场幅值分布的方向性，其表征量是天线方向函数及方向图。
1．系统组成图1-1 系统组成原理框图2．喇叭天线工程上常用的喇叭天线是角锥喇叭，原因是其匹配较好而效率接近100%（G ≈D ）。
但是由于其口径场的幅值、相位不是均匀分布，虽然其辐射主向仍是口径面法线方向（波导轴线方向），但是主瓣宽度、方向系数的计算很复杂。
可用以下公式进行估算：E 面（yoz 面）主瓣宽度bE λθ5325.0= （1-1）H 面（xoz 面）主瓣宽度15.0802a H λθ= （1-2）方向系数（最佳尺寸的角锥喇叭）211451.0λπb a D = （1-3）图1-2是角锥喇叭的三维标高方向图。
具体参数喇叭口径1a =5.5λ，1b =2.75λ；波导口径a=0.5λ,b=0.25λ；虚顶点至口径面距离ρ＝2ρ＝6λ。
1 Array图1-2 角锥喇叭的三维标高方向图图1-3为本实验所用喇叭天线示意图：图1-3 实验所用喇叭天线3．测水平面接收天线方向性图1-1为测量喇叭天线方向性的系统组成情况。
测量时改变接收喇叭天线的方位角，可测出喇叭天线水平面的方向性（按接收到信号的强弱）。
严格的测量应在微波暗室中进行，这样可以消除反射波影响。
但在微波段，因其传播方向性较强，而且房屋墙壁吸收较强，地面影响也可略去，因而这样在普通实验室内测量偏差也不很大。
测天线方向图应有专用天线转台，它有精确的角度（水平面方位角，垂直面俯仰角）刻度指示。
本实验主要测水平面即方位方向性。
四、实验内容及数据处理（1）微波天线方向图测试报告旁瓣宽度-3.0db : 26.33 -6.0db : 39.82 -10.0db : 54.30 -15.0db : 225.13五、心得体会本实验即天线与电波传播实验由老师演示，我们只需了解其原理并会分析其数据即可。
金融行业标准管理办法(试行)正文：---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 金融行业标准管理办法（试行）（全国金融标准化技术委员会）第一章总则第一条为有序和高效地开展金融行业标准管理工作，依据《行业标准管理办法》、《全国金融标准化技术委员会章程》及其他有关规定，制定本管理办法。
第二条金融行业标准是对没有国家标准而又需要在金融行业范围内统一的技术要求所制定的标准。
金融业行业标准不得与国家标准相抵触，标准之间应保持协调、统一、不得重复。
金融业行业标准在相应的国家标准实施后，即行废止。
第三条需要在金融行业范围内统一的下列要求，可以制定行业标准：（一）术语、数据元、符号、代码、文件格式等；（二）通信、数据交换与处理、安全等方面的技术要求；（三）产品的技术要求；（四）生产、经营活动中的管理和服务技术要求等；（五）《行业标准管理办法》规定的其他有关内容。
第四条金融行业标准采用以下编号：强制性行业标准：JR ΧΧΧΧ-ΧΧΧΧ；推荐性行业标准：JR/T ΧΧΧΧ-ΧΧΧΧ；指导性技术文件：JR/Z ΧΧΧΧ-ΧΧΧΧ。
第五条标准的全部技术内容需要强制时，为全文强制形式；标准中部分技术内容需要强制时，为条文强制形式。
关于强制性行业标准的具体管理规定按照《行业标准管理办法》、《关于加强强制性标准管理的若干规定》执行。
对于技术尚在发展中，需要有相应的标准文件引导其发展或具有标准化价值，尚不能制定为标准的项目或采用国际标准化组织、国际电工委员会及其他国际组织（包括区域性国际组织）的技术报告的项目可以制定指导性技术文件，指导性技术文件的管理参照《国家标准化指导性技术文件管理规定》执行。
第5章移动通信系统中的场强预测模型☐场强预测——所谓场强预测是指根据移动通信的不同环境得到通信范围内的场强分布（路径损耗），建立电波传播的模型，以便对通信网进行规划和设计（天线、基站站址、小区半径、频率……）☐传播模式——分为经验模式、半经验或半确定模式、确定性模式。
经验模式是根据大量测量结果统计分析后导出的公式，应用经验模式可以容易和快速地预测路径损耗，不需要有关环境的详细信息，但是不能提供非常精确的路径损耗估算值。
确定性模式是对具体现场环境直接应用电磁场理论进行计算，如射线追踪方法，环境的描述可以从地形地物数据库中得到。
半经验或半确定模式是基于把确定性方法用于一般的市区或室内环境中导出的公式，为了改善半经验或半确定模式和实验结果的一致性，有时需要根据实验结果对公式进行修正，得到的公式是天线周围某个规定特性的函数。
传播环境——蜂窝移动通信的最大特点就是小区制。
小区的大小和范围直接和传播条件有关，可以根据需要选择小区的大小和范围。
移动通信系统中主要采用宏小区、微小区（微蜂窝）和微微小区（微微蜂窝）三种形式。
经验模式或半经验模式对具有均匀特性的宏小区是合适的。
半经验模式还适用于均匀的微小区，在那里模式所考虑的参数能很好的表征整个环境。
确定性模式适合于微小区和微微小区不管它们的形状如何。
确定性模式对宏小区是不能胜任的，因为对这种环境所需的计算机CPU时间使人无法忍受☐四种电波传播模型——电波传播模型是指通过对电波传播的环境进行不同方法的分析后所得到的电波传播的某些规律、结论以及具体方法。
利用电波传播模型不仅可以估算服务区内的场强分布，而且还可以对移动通信网进行规划与设计。
统计模型（Statistical Model）——通过对移动通信服务区内的场强进行实地测量，在大量实测数据中用统计的方法总结出场强中值随频率、距离、天线高度等因数的变化规律并用公式或曲线表示出来。
实验模型（Empirical Model）——通过实验方法得出某些电波传播规律，但不像统计模型那样用公式或曲线表示出来。
“天线与电波传播”课程教学改革思考与探索作者：吴华宁谢慧赵林潘丽冯慧婷来源：《中国新通信》2023年第21期摘要：“天線与电波传播”课程是电子信息类专业的一门基础课程，该课程具有较强的实践性和综合性，在通信、雷达等专业人才培养中发挥着非常重要的作用。
同时，该课程理论性强、概念多且非常抽象，被认为是一门“学生难学、老师难教”的课程。
基于此，本文对该课程的教学现状进行分析，并从教学内容、教学形式和考核方式三个方面进行改革和探索，致力于激发学生的学习动力，并增强教学效果。
关键词：天线；电波传播；教学改革一、引言天线是任何无线电子系统的重要组成部分，在整个系统中起到了能量转换的作用。
“天线与电波传播”课程是普通高等学校电子信息类专业的一门非常重要的专业基础课，也是通信、雷达、电子对抗等专业的必修课。
该课程以“高等数学”“场论”“电磁场与电磁波”等课程为先导，为“雷达原理”等专业背景课夯实理论基础，在高校人才培养体系中起着承上启下的作用。
课程内容主要分为两大部分，第一部分为天线的基本原理和各种典型天线的结构特点、辐射特性及应用；第二部分为电波传播，主要讲授不同传播方式的特点。
该课程理论性强，并且涉及大量公式、物理概念抽象，因此对学生的数学和物理功底要求较高，被普遍认为是一门“学生难学，老师难教”的课程。
如何让学生较好地学习并掌握本门课程的相关知识，教师作为整个知识传授过程中的引导者和课程的组织实施者，起着非常关键的作用。
通过近几年的“天线与电波传播”课程的教学实践，笔者认真思考并总结了在教学过程中出现的问题，并基于学生的学情和课程情况，积极探索课程教学方式方法的改革，以激发学生的学习热情，提高课程的教学质量和效果。
二、“天线与电波传播”课程教学存在的问题（一）教学内容与教学学时数的矛盾突出随着国家高等本科教学的改革和学科专业的优化调整，本科院校学生所学的课程总量普遍增加。
在总学时不变的情况下，大部分课程的学时数都进行了一定的压缩。
智能天线的研究及改进摘要智能天线利用数字信号处理技术,产生空间定向波束,使天线主波束对准期望用户信号到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。
智能天线分为两大类切换波束智能天线与自适应阵智能天线。
智能天线技术是第三代移动通信系统的关键技术之一,智能天线技术将会在未来移动通信系统中发挥重要作用。
本文在简要介绍智能天线的基本原理、系统组成的基础上,详细论述了智能天线的自适应算法和技术优势及其在中的应用。
引言随着移动通信产业的高速发展及其用户的飞速增长,市场对移动通信技术的改进和更新提出了更高的要求。
而如何提高无线频谱的使用效率成为近些年来各种新技术所面临解决的核心问题。
第三代移动通信系统是正在全力投入开发的系统,其最基本的特征是智能信号处理技术。
智能信号处理模块将成为它的基本功能模块,实现基于话音业务为主的多媒体数据通信。
目前最典型的智能天线技术是实现移动通信扩大通信容量的关键技术之一。
智能天线技术作为有效解决这一问题的新技术已成功应用于移动通信系统,并通过对无线数字信号的高速时空处理,极大地改善了无线信号的传输,成倍地提高了系统的容量和覆盖范围,从而极大地改善了频谱的使用效率。
1 智能天线的基本概念及组成1.1 智能天线的基本概念智能天线, 即具有一定程度智能性的自适应天线, 由多个天线单元组成, 每一个天线后接一个加权器即乘以某一个系数, 这个系数通常是复数, 既调节幅度又调节相位,而在相控阵雷达中只有相位可调, 最后用相加器进行合并输出, 这种结构的智能天线只能完成空域处理同时具有空域、时域处理能力的智能天线在结构上相对复杂些,每个天线后接的是一个延时抽头加权网结构上与时城均衡器相同。
自适应或智能的主要含义是指这些加权系数可以恰当改变和自适应调整。
上面介绍的是智能天线用作接收天线时的结构,当用它进行发射时结构稍有变化,加权器或加权网络置于天线之前,也没有相加合并器。
智能天线是一种安装在基站现场的双向天线, 通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性, 并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。
智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向, 产生空间定向波束,使天线主波束对准用户信号到达方向币习,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的阴。
同时,智能天线技术利用各个移动用户间信号空间特征的差异, 通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰, 使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。
在不增加系统复杂度的情况下,使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。
1.2 智能天线的分类.智能天线技术有两个主要分支。
波束转换技术杭群和自适应空间数字处理技术, 或简称波束转换天线和自适应天线阵。
天线以多个高增益的动态窄波束分别跟踪多个期望信号,来自窄波束以外的信号被抑制。
但智能天线的波束跟踪并不意味着一定要将高增益的窄波束指向期望用户的物理方向,事实上,在随机多径信道上,移动用户的物理方向是难以确定的,特别是在发射台至接收机的直射路径上存在阻挡物时, 用户的物理方向并不一定是理想的波束方向。
智能天线波束跟踪的真正含义是在最佳路径方向形成高增益窄波束并跟踪最佳路径的变化,充分利用信号的有效的发送功率以减小电磁干扰。
(1) 波束转换天线. 波束转换天线具有有限数目的、固定的、预定义的方向图, 通过阵列天线技术在同一信道中利用多个波束同时给多个用户发送不同的信号,它从几个预定义的、固定波束中选择其一,检测信号强度, 当移动台越过扇区时,从一个波束切换到另一个波束。
在特定的方向上提高灵敏度,从而提高通信容量和质量。
波束转换天线阵结构框图如图1示图1 波束转换天线阵结构框图为保证波束转换天线共享同一信道的各移动用户只接收到发给自己的信号而不发生串话,要求基站天线阵产生多个波束来分别照射不同用户,特别地, 在每个波束中发送的信息不同而且要互不干扰。
每个波束的方向是固定的,并且其宽度随着天线阵元数而变化。
对于移动用户,基站选择不同的对应波束,使接收的信号强度最大,但用户信号未必在固定波束中心, 当使用者是在波束边缘, 干扰信号在波束的中央,接收效果最差。
因此,与自适应天线阵比较, 波束转换天线不能实现最佳的信号接收。
由于扇形失真,波束转换天线增益在方位角上不均匀分布, 但波束转换天线有结构简单和不需要判断用户信号方向的优势。
(2) 自适应天线阵. 融人自适应数字处理技术的智能天线是利用数字信号处理的算法去测量不同波束的信号强度,因而能动态地改变波束使天线的传输功率集中。
应用空间处理技术印吐可以增强信号能力,使多个用户共同使用一个信道。
自适应天线阵(Tracking-beam Array)结构框图如图2所示。
图2 自适应阵列结构自适应天线阵是一个由天线阵和实时自适应信号接收处理器所组成的一个闭环反馈控制系统,它用反馈控制方法自动调整天线阵的方向图,使它在干扰方向形成零陷,将干扰信号抵消,而且可以使有用信号得到加强,从而达到抗干扰的目的。
由自适应天线阵接收到的信号被加权和合并,取得最佳的信噪比系数。
采用M个阵元自适应天线,理论上,自适应天线阵的价值是能产生M倍天线放大,可带来10lgM的SNR改善。
对相同的通信质量要求,移动台的发射功率可减小10lgM。
这不但表明可以延长移动台电池寿命或可采用体积更小的电池,也意味着基站可以和信号微弱的用户建立正常的通信链路。
对基站发射而言,总功率被分配到M个阵元,又由于采用DBF(Digital Beam-Forming)可以使所需总功率下降,因此,每个阵元通道的发射功率大大降低,进而可使用低功率器件。
采用自适应抽头时延线天线阵对信号接收、均衡和测试很有帮助。
对每一接收天线加上若干抽头延时线,然后送人智能处理器,则可以对多径信号进行最佳接收,减少多径干扰的影响,从而使基站的接收信号的信噪比得到很大程度的提高,降低了系统的误码率。
通常采用4一16天线阵元结构,相邻阵元间距一般取为接收信号中心频率波长的1/2。
阵元间距过大,降低接收信号相关度阵元间距过小,将在方向图引起不必要的波瓣,因此,阵元半波长间距通常是优选的。
天线阵元配置方式包含直线型,环型和平面型,自适应天线是智能天线的主要的型式。
自适应天线完成用户信号接收和发送可认为是全向天线。
它采用数字信号处理技术识别用户信号的DOA,或者是主波束方向。
根据不同空间用户信号传播方向,提供不同空间通道,有效克服对系统干扰。
自适应天线主要用于数字通信系统。
1.3 智能天线的发展历程90年代以来,阵列处理技术引人移动通信领域,很快形成了一个新的研究热点一智能天线。
智能天线应用广泛,它在提高系统通信质量、缓解无线通信日益发展与频谱资源不足的矛盾、以及降低系统整体造价和改善系统管理等方面,都具有独特的优点。
最初的智能天线技术主要用于雷达、声纳、军事抗干扰通信,用来完成空间滤波和定位等。
近年来,随着移动通信的发展及对移动通信电波传播、组网技术、天线理论等方面的研究逐渐深人,现代数字信号处理技术发展迅速,数字信号处理芯片处理能力不断提高,利用数字技术在基带形成天线波束成为可能,提高了天线系统的可靠性与灵活程度。
智能天线技术因此用于具有复杂电波传播环境的移动通信。
此外,随着移动通信用户数迅速增长和人们对通话质量要求的不断提高,要求移动通信网在大容量下仍具有较高的话音质量。
经研究发现,智能天线可将无线电的信号导向具体的方向,产生空间定向波束,使天线主波束对准用户信号到达方向DOA,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。
同时,利用各个移动用户间信号空间特征的差异,通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰,使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。
在不增加系统复杂度的情况下,使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。
实际上它使通信资源不再局限于时间域(TDMA)、频率域(FDMA)或码域(CDMA)而拓展到了空间域,属于空分多址(SDMA)体制。
2 从多角度看智能天线技术随着智能天线技术的日趋成熟,其技术种类也开始分化,以下我们将从各种不同的技术角度来进行讨论。
2.1 模拟和数字智能天线技术首先,从大的技术类别来讲,智能天线技术可分为模拟智能天线技术和数字智能天线技术。
通常我们所讲的智能天线都是与软件无线电联系在一起的数字智能天线技术,而实际上早期的相控阵天线与较新的ESPAR天线都采用了模拟智能天线技术。
模拟智能天线技术是指那些无需对射频或变至中频或基带的模拟信号进行模数转换和数字处理,而直接对接收到的模拟信号操作,实现智能天线的功用。
这类天线通常比较简单,易于实现,成本也较低。
但由于没有将模拟信号数字化,因而很多数字域的信号处理方法都无用武之地,限制了信号处理的可能手段。
数字智能天线技术则指在射频或中频将模拟信号数字化,然后利用丰富的数字信号处理理论和发达的集成电路技术造就的DSP、FPGA或ASIC实现快速的数字波束形成(Digital Beam Forming,DBF)。
常用的波束形成算法主要有2种:非盲波束形成算法和盲波束形成算法。
非盲波束形成算法通过发送参考信号或训练序列来确定信道响应,然后根据一定的准则调整权值,常用的准则有MMSE(最小均方误差)、LMS(最小均方)和RLS(递归最小二乘)等。
而盲波束形成算法又分为2种,一种是依赖于波达方向(DOA)估计的盲波束形成算法,通过对接收到的阵列矢量信号的协方差矩阵进行分析,从而估计期望信源的方向。
如MUSIC(Multiple Signal Classification)法和ESPRIT(EstimatingSignalParametersviaRotationalInvarianceTechniques)法,两者均属于特征结构的子空间法,利用在阵元个数超过信源个数时,阵列数据的信号分量所在的低秩子空间能够唯一确定信号的波达方向的原理,通过奇异值分解精确确定波达方向。
另一种则是利用信道的信号处理模型和/或信号的性质估计期望信号方向向量的盲波束形成算法,如利用通信信号恒模特性的恒模算法和利用信号循环平稳性的盲处理算法。
前者要求确知天线的阵列流形,而且其应用效果与信道条件关系很大,通常要求每个信号只能有几个清晰的传输路径;后者则与信道的空间性质或天线的阵列校正无关。
2.2 多RF通道技术和单RF通道技术现代阵列信号处理多发生在中频(IF)或基带,因此天线和IF或基带之间信号幅度和相位的传递就要求十分准确。
于是传统阵列接收机都要求为每一个天线单元分配一个单独的射频(RF)通道,这就是多RF通道技术。
