非常“聰明”的智慧天線

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大家走在路上,看到路上的那些天线,有没有有过疑问他们是做什么,又是什么怎么工作的呢,其实天线的学问很多会涉及到通信中的电磁场的高深学问,以下将介绍天线中最为热门的研究——智能天线的介绍。


附图 : 智能天线主要基于抵消幅度较小数量庞大的多径干扰,比如城市地表传播 BigPic:350x347

智能天线的概念及原理

智能天线(Smart Antenna)是从自适应天线(Adaptive Antenna)发展而来的,因此,智能天线有着与自适应天线相类似的结构,它们的工作原理基本相同,但是两者又有明显区别:自适应天线主要应用于干扰信号强度大而数量少的场合,比如抵消雷达系统的干扰;智能天线主要基于抵消幅度较小数量庞大的多径干扰,比如城市地表传播,在信号处理中它们的差异产生了各自的特色。

从工作原理及其结构来说,智能天线是由一个天线数组(Antenna Array)和一组波束形成(Beam Forming)网络(亦称聚束网络)联合构成的系统。在移动通信系统中,天线数组通常采用直线数组与平面数组两种形式。确定天线数组的形式后,天线单元的选择非常关键。天线单元不仅要达到本身的性能指针,还必须具有单元之间互耦小、一致性高及加工方便的特点。

智能天线关键技术

信号处理是智能天线结构的关键技术,主要完成射频、中频数组处理和数字波束形成两样功能。其中进行射频、中频数组处理的目的是获得空间信号的参数,这些参数主要包括信号数、信号来向、信号调制方式及频率等,信号来向对于实现空分多址和自我调整抑制干扰有着重要作用。下面分别说明射频、中频、数字波束形成。

射频部分

射频部分包括有数组天线与高频处理。由上述我们知道天线单元的选择很重要,除了必须满足系统提出的频带、驻波比、增益、极化等性能指针外,在实际中还要做到单元间的互耦小、高度一致与加工方便等,目前广泛应用的是微带天线。

高频处理主要是指对接收或发射信号进行放大来满足A/D变换或发射功率的要求,高频放大信号、变频和A/D转换等功能以形成数字信号这部分功能由接收信道及数据采集部分完成。目前,受制于A/D器件抽样速率,不能直接对高射频信号和微波信号进行采样,必须降低采样速率,对信号进行下变频处理,考虑到智能天线对误差非常敏感,还要保证射频部分各个支路幅度和相位一致。

中频部分

目前,受数字组件水平的限制,还未能对天线单元的微波信号直接采样,中频数组处理较为常用的办法是先利用下变频器将微波高频信号转换成中频,然后使该支路的模拟信号经由滤波和放大进行中频处理,最后再对它进行采样,典型的实现方法有以下两种。

一是采用双下变频单路接收机的实现方法,高频信号通过混频器变换成中频信号;为调节各支路间相位与幅度的不一致而使用均衡器。双下变频单路接收机降低了A/D变换器采样速率的要求,接收机整体增益分配更加灵活。

一是直接采样单路接收机的实现方法,因使用更快速率的A/D变换器和其他一些辅助性数字器件,采用直接以中频对信号进行采样的方式来解决信道中两路信号的适配问题。

小结

智能天线技术集合了多种通信知识,包括自适应技术、微波传输技术、信号检测与信号处理等,综合性要求很高。智能天线技术可以充分利用无线资源的空间可分性,提高无线通信系统对资源的利用率,并从根本上提升系统容量。

经过多年发展,智能天线已从当初单一的军事应用逐步进入民用通信应用领域,但应该承认行动通信和个人通信应用智能天线的难度较大,其原因在于行动的多用户、电波传播的多路径等因素造成了信号动态捕获与跟踪的难度,移动通信和个人通信中智能天线应用较晚,而无线接入系统尤其是固定式无线接入系统却较早应用。

综上所述,智能天线真正运用于个人无线通信系统还有很长的路要走,但可以预见其在将来能够大放异彩。
 

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