圆环阵列天线结构研究

班班级021114学学号02111362本科毕业设计论文题目圆环阵列天线结构研究学院电子工程学院专业电磁场与无线技术学生姓名导师姓名摘要摘要在移动通信技术被广泛应用的今天，阵列的处理技术也得到了极大的发展，以此形成了智能天线的研究领域。在移动通信技术发展中，以自适应阵列天线为代表的智能天线已成为最活跃的研究领域之一。自适应阵列天线中最常见的两种阵列分别是线性阵列和圆形阵列，其中线阵只能有180°的扫描范围，而圆形阵列却可以提供360°的方位角，通过循环移动阵列激励，阵列能简单且灵活的操纵波束方位，从而获得理想的空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达的方向，旁瓣和零陷对准干扰信号到达的方向，达到充分高效的利用用户信号和删除或抑制干扰信号。本文主要分析了圆环阵列的性能，在此基础上对几种圆环阵列的阵型进行仿真和分析，探究了几个圆环阵的参数对整个圆环阵天线性能的影响。关键字：阵列天线对称振子方向图圆环阵列ABSTRACTABSTRACTToday,mobilecommunicationtechnologyiswidelyused,andthetechnologyofarrayprocessinghasbeengreatlydeveloped,formingtheresearchareaofsmartantenna.Intheprocessofthedevelopmentofmobilecommunicationtechnology,thesmartantennawhichisrepresentedbytheadaptivearrayantennahasbecomeoneofthemostactiveresearchareas.Thetwomostcommonarrayadaptivearrayantennaarelineararrayandcirculararray,thelineararraycanonlyhaveascanningrangeof180degrees,whilethecirculararraycanprovide360degreeazimuthangle,Bycirculatedmovingarrayincentives,thebeamazimuthofarraycanbesimpleandeasilycontrolled,inordertoobtaintheidealspacedirectionalbeam,andtomakethemainbeamoftheantennapointatthedirectionoftheusersignalarrival,andtoletthesidelobeandzeronotchalignmentinterferencesignalarrival,toachievefullandefficientusingofusersignalandremovingorsuppressinginterferencesignals.Thispapermainlyanalyzestheperformanceofthecirculararray,onthatbasis,wesimulateandanalyzeseveralkindsofringarrays,andexploreseveralimportantparametersthathaveaneffectonperformanceofthelooparrayantennas.Keywords:arrayantennadipolepatterntheringarray目录i目录第一章绪论........................................................11.1研究背景..............................................................11.2国内外研究现状........................................................11.3使用软件介绍.........................................................21.4本文主要内容及文章结构安排...........................................41.5本章小结.............................................................4第二章阵列天线基本原理...........................................52.1电磁波的干涉与叠加原理................................................52.2方向图乘积定理........................................................52.3本章小结..............................................................7第三章直线阵列和圆形阵列.........................................93.1直线阵................................................................93.1.1均匀N元直线....................................................93.1.2均匀N元直线阵的方向性系数......................................133.2圆环阵列.............................................................153.2.1方向函数.........................................................153.2.2方向性系数.......................................................173.3最优权向量准则.......................................................173.3.1最小均方误差(MMSE)准则..........................................173.3.2最大信噪比(MSNR)准则............................................183.4直线阵与圆阵的性能比较...............................................193.5本章小结.............................................................20第四章圆环阵列结构的研究与仿真..................................214.1圆环阵阵元设计......................................................214.2圆环阵列的要求......................................................214.3圆环阵半径变化对圆环阵的影响.........................................224.3.1阵列天线设计：...................................................224.3.2阵列仿真结果：...................................................22ii目录4.3.3仿真结果分析：...................................................264.4阵元数变化对圆环阵的影响.............................................264.4.1阵列设计：......................................................264.4.2阵列仿真结果....................................................274.4.3仿真结果分析：..................................................304.5双圈圆环阵与单圈圆环阵的比较.........................................314.5.1阵列设计：......................................................314.5.2阵列结果仿真：...................................................324.5.3仿真结果分析：..................................................344.6本章总结............................................................34第五章500MHz圆环阵天线设计......................................355.1建立模型.............................................................355.2天线仿真结果........................................................365.3波束调向性能测试....................................................375.4本章小结............................................................38第六章总结......................................................39致谢............................................................41参考文献..........................................................43第一章绪论1第一章绪论1.1研究背景现如今，从移动电话个人通信服务再到雷达等各种无线通信系统，智能天线技术在其中都占有重要地位，智能天线正成为各种无线应用性能的重要助手。并且，智能天线领域如今发展迅速，智能天线技术的新的无线应用的需求正在呈指数级增长。智能天线在无线应用领域和雷达等遥感领域有着巨大的优势，在无线移动领域中，智能天线可以通过让窄带波束指向期望的方向，让零点对准其他不需要的用户，从而提供更高的系统容量。这就允许信噪比更高、功率电平更低，允许同一小区频率复用因子更高。这一概念被称为空分多址（SpaceDivisionAccess，SDMA）。在美国，大多数基站将每一个小区划分为3个120°的扇区，这使得单个小区中系统容量潜在地提高了3倍，因为在3个扇区中每个扇区的用户都可以共享相同的频谱资源。大多数基站都可以修改成为每个扇区都包含有智能天线。这样，120°的扇区能够进一步划分。从而能够进一步降低功耗电平，并且获得更高的系统容量和更大的宽带[1]。智能天线包括射频天线阵列部分和信号处理部分，其中信号处理部分根据通信情况的信息，实时地控制天线阵列的接受和发送特性。把具有相同极化特性、各向同性及增益相同的天线阵元，按一定的方式排