本科生毕业论文智能天线在移动通信中的应用(编辑修改稿)

本科生毕业论文智能天线在移动通信中的应用(编辑修改稿)内容摘要：

通解为 12() jkr jkrU r c e c e （ 23） 于是 ()Ur是瞬时值表达式为 ( ) ( )12( , ) R e j t k r j t k rU r t c e c e （其中 1c 、 2c 为待定系数） （ 24） 假设 (, )Urt 仅是2 ()rft的函数，则 21( , ) ( )rr t f tr  （ 25） 位于坐标原点的静止电荷  产生的标量电位为 () 4r r  （ 26） 由于静态场是时变场的特殊情况，则时变场的标量位应为 ()( , ) 4 rtrt r  （ 27） 则体积  内部分布电荷产生的标量位为 ()1( , ) 4 rtr t dr     （ 28） 上式表明在 r 点处 t 时刻的标量电位不是由 t 时刻体积  内的电荷密度决定，而是由()rt  时刻的电荷密度决定，观察点的位场变 化滞后于源的变化，滞后的 r 时间是源的变动以速度 1传播距离到观察点所需要的时间。 [1] 4 电偶极子的近区场和远区场 近区场 近区场是指从源点到场点的距离 r远远小于波长，即 r  ， 2 1kr r。 其电场、磁场的表示式为 3 c os2r IdlEj r  （ 29） 3 sin4 IdlEj r  （ 210） 2 sin4IdlH r  （ 211） 近场区明显的特点是电场强度与磁场强度有 2 的时间相位差。 即 rE 、 E 与 H 相差一个因子 j。 这就意味着 rEH 以及由 EH所形成的功率密度的平均值等于零。 近区场形成的坡印廷矢量的平均值等于零，即近区场只存在能量的交换而无能量的传播，亦为感应场。 远区场 远区场指源点到场点的距离远远大于波长，即 r  ， 2 1kr r。 其电场、磁场的表示式为 sin2 jk rIdl kE j er    （ 212） sin2 jk rIdlH j er   （ 213） 远区场明显的特点是电场强度 E 与磁场强度 H 的时间相位相同。 它们形成了功率密度，即远区场形成向 r 传播的能量，亦远区场又称为辐射场。 3 天线的电参数 天线的作用是发射或接收电磁波。 为了评价一副天线技术性能的优劣，必须规定一些能表征其性能的参数。 根据互易原理，同一副天线用作发射和接收时，其特性参数是相同的，只是具体含义有所不同。 则 下面 只选择其中的一项来 定义各参数。 [2] 天线方向图 有关天线的很多特性如辐射场的振幅、相位、极化等都是与方向有关的，天线的方向性主要是指场振幅随方向的变化。 方向性函数是描述天线辐射场的大小与方向之间关系的函数，为了便于作图和比较不同天线 的方向性，往往采用归一化方向图。 将天线置于球坐标系中，由于天线的定向辐射（接收）作用，它在距离 r的球面上各5 点的辐射（接收）强度是不相同的，即是角坐标  , 的函数，可写为 ( , )E Af  ，其中A为比例系数。 将其归一化得 max( , )( , ) fF f  （ 31） 其中 maxf 为方向性函数 ( , )f  的最大值。 [3] 根据方向性函数所描绘出的图形称为天线的方向图；表示辐射（或接收）场强振幅方向特性的称为场强振幅方向图；表示辐射（或接收）功率方向特性的称为相位方向图，表示极化特性的称为极化方向图。 工程上为了方便表示，常采用 E平面和 H平面这两个相互正交主平面上的剖面图来描述天线的方向性，亦可 采用直角坐标或极坐标。 图 31 天线方向图 主瓣宽度 主瓣宽度是强方向性天线最重要的参数之一，一般是指半功率主瓣宽度（ 3dB 宽度）。 即方向图主瓣上两个半功率 电平点之间的夹角 (即场强从最大值降到 12倍处之间的夹角 )。 如图 31所示， 主瓣宽度越小说明天线辐射能量越 集中（或接收能力越强），定向作用或方向性越强。 6 旁瓣电平 没有一种天线能够把所有的能量都辐射在一个期望的方 向上，一些能量不可避免地向其他方向上辐射。 如图 31 所示，这些能量电平低于主瓣， 即天线方向图主瓣两旁的小波瓣叫做旁瓣，也叫副瓣。 旁瓣电平也是天线最主要的指标之一，旁瓣不仅损失能量降低系统效率，还是干扰源之一。 所以通信系统为了获得良好的性能需 要对旁瓣的峰值加以限制。 通常用分贝表示为 db 20 l g 副 瓣 最 大 场 值副 瓣 电 平 （ ）主 瓣 最 大 场 值 （ 32） 因为副瓣方向通常是不需要辐射（或接收）能量的方向，因此天线的副瓣电平越低，表示天线在不需要的方向上辐射的能量越弱，或可以说这些方向上对杂散来波的抑制能力越强。 如图 31 所示的天线的方向图，智能天线系统的主要目的是使用户期望的信号尽最大可能到达主瓣上，并使主瓣宽度尽量小，使干扰的信号尽量到达副瓣上。 天线方向系数 对于发射天线来说，方向性系数是表征天线辐射能量在空间分布的集中程度的量，其定义式为 0( , )( , )D    (33) 其中 ( , ) 为辐射强度， 0 为平均辐射强度。 对于接收天线来说，方向性系数表征天线从空间接收电磁能量的能力，其定义式为 0( , )( , ) rrpD p  (34) 其中 ( , )rp  为天线在某方向接收时向负载输出的功率， 0rp 为点源天线在该方向向负载输出的功率。 天线增益 天线增益是表征天线辐射能量集束程度和能量转换效率的参量 ,且天线增益与很多参数有关，如输入天线的功率、观察点方向和辐射场的极化都会影响天线 的 增益。 一般情况下，在方向 k 上的天线的全极化增益表示为 24( ) ( )nG k A kp (35) 7 在实际应用中，一般采用峰值增益的定义，即以 ˆk 为自变量， ()Gk的最大值称为峰值增益。 则全极化的峰值增益为 2m a x m a x4( ) ( )nG G k A kp (36) 天线的噪声温度 天线在接收和处理有用信号 时 ，不可避免地接收的某些干扰信号。 天线周围介质，都会产生热辐射。 热辐 射波被天线接收输入接收机，成为热起伏噪声干扰，成为天线噪声。 对于一个高分辨的天线，影响它发现较弱信号的主要因素是天线噪声。 将终端的噪声功率记为 ap ，则 ap 和天线的噪声温度 aT 之间的关系为 aa pT。