移动通信中天线阵列特性基于MATLAB实现编制分析研究 通信工程专业VIP免费

移动通信中天线阵列特性基于MATLAB实现编制前言：近年来，随着现代通信技术的不断进步，移动通信业务正以前所未有的速度迅速发展。天线阵作为移动通信系统的重要组成部分，其性能好坏对整个系统的工作起着举足轻重的作用。随着3G技术的开发与日趋成熟，无线公共信号网络覆盖范围的扩大，天线阵的应用日趋广泛。天线阵种类繁多，性能各异。描述天线阵特性的参数很多，且计算复杂，尤其是描述天线阵方向特性的方向性图为立体图，绘制非常困难。为了解决这些问题，同时也结合大连海事大学教改项目的要求，本文采用MATLAB语言编制分析天线阵列特性的通用软件。该软件可用于实际教学，在工程实际中也有参考应用价值。天线的远区场是一组复杂的函数，对不同天线的辐射场的分析可以从中得到此种天线的各种重要的性能电气参数。方向性函数是表征辐射场在不同方向辐射特性的重要关系式，如果对它的分析和认识如果仅仅停留在方向性函数以及公式中各参数的讨论上，将很难理解天线辐射场的空间分布以及定向天线集中辐射的概念。表征天线辐射场空间分布的方向性函数如果通过二维、三维图形显示，便可直观、形象化地展示并揭示各参量之间的内在关系。目前，绘制天线方向性图的一般方法是根据描述天线辐射场特性的方向性函数，计算各空间角对应的函数值，然后绘制出方向性图。由于方向性函数是三维空间角的函数，所以绘制出的方向性图是立体图。然而立体图很难画，目前教学和工程实际中都是先绘制出两个特殊平面——赤道面和子午面的方向性图，然后想象出立体图。然而，对于比较复杂的方向性图，通常很难仅通过两个平面图想象出立体图。本文首先根据天线的基本理论，分析了电流元、对称振子天线、直线阵列天线以及垂直接地天线的方向图函数F（,）随各参变量变化的规律以及相关天线赤道面、子午面的二维图形的特点，讨论了各个天线的最大辐射方向、主瓣宽度、方向性系数、辐射电阻等参量随方向角变化的二维、三维图形的特点，然后借助MATLAB的绘图功能，编制了能绘制各种天线二维、三维方向性图的软件。利用该软件绘制的方向性图可以观察到天线辐射场在不同方向的辐射能量分布，直观清楚地表现了辐射场空间分布的特点。论文还对任意输入方向性函数的绘制方法也进行了尝试，并取得了一定的成果。1天线的相关基础知识1．1各种不同类型天线1.1.1对称振子对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的一种天线结构形式。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子称为半波对称振子。半波对称振子性能优良，应用最为广泛。单个半波对称振子可以简单地单独立使用，也可以用作抛物面天线的馈源，采用多个半波对称振子还可以组成天线阵。全波对称振子的Ｅ面方向图如图1.１（b）所示。图1.1不同长度对称振子的E面方向性图图1.1(c)、1.1(d)、1.1(e)和1.1(f)分别为L=5/4、L=6/4、L=7/4和L=2对称振子的E面方向图。由于振子长度大于一个波长时，天线振子臂上的电流不完全同相，反向电流对辐射产生抵消作用，因而方向图出现多瓣形状。1.1.2天线阵在实践中，为了使辐射场实现某种方向性，常常把若干个天线按某种排列方式组合在一起，这样就构成了天线阵。天线阵是将若干个天线按一定的规律排列组成的天线系统。利用这种天线系统可以获得所期望的辐射特性，诸如更高的增益，需要的方向性等。组成天线阵的独立单元，排列的方式有直线阵，平面阵。构成天线阵的每一个天线称为单元天线。由n个单元天线构成的天线阵就称为n元天线阵。图2.2给出了以半波对称振子为单元天线的各种排列方式的天线阵，其中图1.2(a)、图1.2(b)中各单元半波对称振子的中心排列成一条直线，称为直线天线阵；图1.2(c)中各单元半波对称振子的中心在一个平面之内，称为平面天线阵；图1.2(d)中各单元半波对称振子的中心处于三维空间中，称为立体天线阵。图1.2直线、平面和立体天线1.2天线的特性参数天线方向性图主瓣两侧两个零辐射方向之间的夹角称为主瓣张角，又称为零功率波瓣宽度，习惯上用2θ0表示。2θ0是一个完整的符号，并不是θ0角的2倍。功率流密度和辐射强度分别是最大辐射方向功率流密度和辐射强...