課堂設(shè)計教學(xué)內(nèi)容智能天線概述智能天線基本原理智能天線分類√軟件無線電天線概述123

理解智能天線的定義和分類

掌握智能天線的基本原理

了解軟件無線電對天線的要求教學(xué)目標(biāo)課堂設(shè)計了解我嗎，我有后盾？想深交嗎，能自適應(yīng)？認識我嗎，我很智能？一起步入我們家族吧！基本原理智能天線技術(shù)依據(jù)分類“問題剖析式”教學(xué)法教學(xué)思路與方法認識了解好奇深交認識家族課堂設(shè)計天線天線是一個轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)㈦娔芰哭D(zhuǎn)換為電磁波。八木天線路由器天線電視天線天線頻段功能相對單一參數(shù)相對固定使用頻帶較窄手機基站天線雷達拋物面天線軟件無線電天線2.天線的特點射頻寬帶化射頻靈活化1.對天線的要求面對多種多樣的射頻，不同的應(yīng)用涉及不同的空中接口；雖然射頻信號的頻段、帶寬、信號強度等均不相同，但卻使用同一個天線系統(tǒng)；雖然是模擬信號處理環(huán)節(jié)的一部分，但也是最希望具有靈活性的環(huán)節(jié)。軟件無線電天線軟件無線電天線關(guān)注天線自身理論發(fā)展關(guān)注信號處理理論發(fā)展超寬帶天線可重配置天線可重構(gòu)天線陣列智能天線MIMO超寬帶天線

什么是超寬帶？問題一相對帶寬：是工作頻帶內(nèi)絕對帶寬與中心頻率的比值。絕對帶寬：是工作頻帶內(nèi)最高頻率fH與最低頻率fL的差。窄帶的相對帶寬小于1%寬帶的相對帶寬在1%到25%超寬帶的相對帶寬大于25%也稱為頻率無關(guān)天線超寬帶天線盤錐天線對數(shù)周期偶極子陣列天線螺旋天線喇叭天線超寬帶天線超寬帶偶極子/單極子天線漸變槽線天線超寬帶天線優(yōu)點在很寬的頻譜上具有良好的適應(yīng)性缺點在接收時，窄帶天線實際上是接收機的第一級濾波器，但超寬帶天線做不到；窄帶天線可以防止帶外噪聲的引入，降低交調(diào)互調(diào)信號的產(chǎn)生?？芍嘏渲锰炀€可重配置天線分為可控開關(guān)天線、可變電容天線、可調(diào)諧材料天線等。可控開關(guān)天線可變電容天線在天線諧振過程中，電容是重要參數(shù)，由于電容易于調(diào)整，因此電容調(diào)諧天線在無線系統(tǒng)中得到極為廣泛的應(yīng)用，常見的接收機幾乎均使用電容調(diào)諧的方式進行接收。可調(diào)諧材料天線這類天線基于可調(diào)諧材料，材料具有可調(diào)的電、磁或機械特性。天線射頻系統(tǒng)的傳輸頻率受控于介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，頻率變化的能力正比于介電常數(shù)和磁導(dǎo)率變化的范圍?？芍嘏渲锰炀€序號可調(diào)諧材料可調(diào)能力調(diào)整方式頻率1介電薄膜30%電場調(diào)整1-20GHz2介電陶瓷16%電場調(diào)整1-10GHz3磁膜15%磁場調(diào)整0.3-5GHz4磁性陶瓷3.4%磁場調(diào)整7GHz5置換微帶25%介質(zhì)轉(zhuǎn)換3~7GHz6MEMS可調(diào)電容80%機械調(diào)整0.5~4GHz7電可調(diào)電容60%偏壓調(diào)整10GHz可重配置天線軟件無線電天線軟件無線電天線關(guān)注天線自身理論發(fā)展關(guān)注信號處理理論發(fā)展超寬帶天線可重配置天線可重構(gòu)天線陣列智能天線MIMO可重構(gòu)多軟件無線電互補天線陣列基于波束賦形的智能天線基于空間分集的多輸入多輸出（MIMO）相同點多天線系統(tǒng)SIMOMISOMIMOSISO1.認識我嗎，我很智能？智能天線：是一種天線陣列系統(tǒng)

，它可以通過某種“智能”算法來合并信號以自動地適應(yīng)不同的信號環(huán)境

，表現(xiàn)為對于給定的方向，天線增益可以調(diào)整。智能天線技術(shù)模擬智能天線技術(shù)數(shù)字智能天線技術(shù)全向天線智能天線空域濾波空分多址2.了解我嗎，我有后盾？3.很好奇嗎，我很神秘？DOADirectionOfArrivalBFBeamFormingDBF用戶1（f1,t1）用戶2（f1,t1）發(fā)射/接收天線陣列

天線陣列的常見形態(tài)

智能天線的優(yōu)點

容量增加覆蓋范圍增加有利于消除“遠近效應(yīng)”增強了用戶位置估計能力…空域濾波自適應(yīng)4.想深交嗎，能自適應(yīng)？

反饋控制數(shù)字信號處理（1）窄帶傳輸條件：陣元間距足夠小，或滿足窄帶假設(shè)條件；陣列延遲<<符號持續(xù)時間；（2）到達平面波：接收的信號是若干個平面波或者發(fā)射機以及可引起多徑分量的物體位于天線陣列的遠場；（3）陣元同一無互感：每個陣元有相同的方向圖和指向，不考慮陣元之間的互感；（4）陣元輸出僅存在相位差，幅度是相同的。

前提假設(shè)

均勻直線陣

d

若令第1個陣元為參考陣元，則信號到達第m個陣元相對第1個陣元的時間延遲為：

均勻直線陣相對于波長λ的信號，該時間延遲所造成的相位差為：令：假設(shè)第1個陣元接收到的信號為：第m個陣元接收到的信號為：

從u1(t)得到um(t)的依據(jù)是什么？問題二窄帶傳輸條件

均勻直線陣

均勻直線陣m個陣元接收到的信號可構(gòu)成一個矩陣：假設(shè)陣元權(quán)值也構(gòu)成一個矩陣：直線陣的總輸出為：[]H表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，wm*表示wm的共軛

均勻直線陣直線陣的總輸出為：假設(shè)第m個陣元的權(quán)值系數(shù)為：

均勻直線陣直線陣的總輸出為：等比數(shù)列求和：天線輸出絕對值：當(dāng)ψd=ψθ時有最大的輸出由于：

均勻直線陣只要改變各個陣元的相移就可以改變天線陣的方向性圖

一般情況第m個陣元與第1個陣元之間的相移為第m個陣元接收的窄帶信號為M個陣元的信號可構(gòu)成一個列向量

一般情況第m個陣元和第1個陣元的接收信號之比為對于一個波達方向(φ,θ)的平面波，天線陣列的響應(yīng)表示為：

一般情況M個陣元的信號向量為：取權(quán)系數(shù)矩陣為：輸出為：陣列因子

一般情況智能天線通過對權(quán)值向量

的調(diào)整來實現(xiàn)將波束對準(zhǔn)來波方向，這個過程就是智能天線的賦形。采用權(quán)向量進行波束賦形的過程與FIR濾波器的過程非常接近，只不過將過去的時間采樣換成了空間采樣，因此這個過程也稱為空間濾波。

5.一起步入我們家族吧！

5.一起步入我們家族吧！波束切換智能天線自適應(yīng)陣列智能天線

智能天線接收機

智能天線發(fā)射機利用信號之間的相關(guān)性基本原理是什么？與智能天線的區(qū)別和聯(lián)系？小結(jié)智能天線技術(shù)可重構(gòu)多天線陣列按基本原理MIMO技術(shù)陣元間距必須為λ/2以內(nèi)以獲得信號的相關(guān)性平坦的郊區(qū)鄉(xiāng)村環(huán)境角度擴展小且用戶數(shù)少作業(yè)題1.某天線陣列有兩個陣元，分別如圖構(gòu)成，其中，對同一入射波s(t)，各陣元輸出響應(yīng)之間將只有相位差異而沒有幅度差異。取幅度為S，第m個