相控阵天线(智能天线)|蜂窝无线通信

相控阵天线(智能天线)也称为天线阵列，用于无线通信系统。它有助于实现可靠、高速、高数据速率的传输。这篇文章将讨论相控阵天线(也被称为智能天线或天线阵列)，它是如何在蜂窝无线通信中工作的，它的类型，应用，优缺点。

什么是相控阵天线(在蜂窝无线通信中)

传统的天线使用有限的带宽，因此在系统中存在许多干扰问题。解决这个问题的方法是开发相控阵天线(智能天线)。这种类型的天线系统在蜂窝无线通信应用中适当地利用了无线电频谱。它是天线阵列与数字信号处理能力的结合，用于发送和接收信号。它通常在基站中实现。

图1 -相控阵天线(智能天线)简介

相控阵天线根据所处的信号环境调整其辐射方向图，以提高天线的性能。强大的低成本数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)和基于软件的DSP技术的发展使得相控阵天线在无线蜂窝通信系统中变得实用。

图2智能天线的多波束形成

相控阵天线(智能天线)的种类

智能天线系统分为两种类型。它们是:

• 切换波束天线系统
• 自适应阵列天线系统

切换波束天线系统

交换波束天线系统是预先定义的，具有固定数量的波束模式。它在特定方向上形成多个具有高灵敏度的固定光束。这种类型的天线检测信号强度，并根据手机的移动性从一个波束切换到另一个波束。多个天线的输出组合形成定向波束。这个过程被称为空间滤波技术或波束成形技术。

它是基于一个开关功能，即它选择的波束，提供最强的期望信号。图3为采用移相网络改变输入信号传输相位角的开关波束型相控阵天线系统框图。相移网络提供一个相对于输入信号具有相等幅度的输出信号。然后，可以通过改变每个元件的相位来控制来自多个天线的组合信号的方向。

图3 -开关波束天线系统框图

这些组合信号在辐射时形成天线辐射方向图。射频开关单元由有助于通过传输路径路由信号的开关组成。通过改变开关的ON-OFF状态，将天线波束调整到所需的方向。在任何给定实例中，一个射频开关打开，而其他开关处于“关闭”状态。

它的输出连接到功率检测器。功率检测器测量输入信号的信号强度，并将其发送到控制逻辑单元。控制逻辑控制整个系统。通过滤波技术对信号进行比较，反馈给射频开关选择信噪比高的信号。这样，就得到了所需的辐射方向图。

自适应阵列天线系统

这种类型的相控阵天线是迄今为止最先进的天线。该系统具有区分用户信号和干扰的能力，并利用DSP技术将波束引导到所需的方向，最大限度地提高信号接收能力，最大限度地减少干扰。它们能够通过使用DSP高精度地利用发射器和接收器部分的无线无线电信道来修改其辐射模式。

图4 -自适应阵列天线系统框图

该天线提高了信噪比，获得了最佳增益。它们最好用于相对低多径、干扰有限的环境中，以获得最大的系统效益。

自适应阵列由N个相同的天线单元组成。激励元件的信号的相位和幅值决定了阵列在某一方向上的增益。相位和振幅通过电子调节以获得最大增益。在信号路径中放置复合权值并进行组合得到输出信号。这个信号被送入控制单元。采用了几种自适应算法来聚焦阵列波束进行传输。

如何相控阵天线(智能天线)工作

基本上，相控阵天线或天线阵列使用嵌入式算法扫描客户端和干扰的环境。在此基础上，系统从多个方向图组合中选择最优波束。这可以通过数字信号处理技术实现。在短跨度内，为每个用户(客户端)形成最佳的光束组合。这个循环不断重复，以动态地形成不同的模式，以响应不断变化的环境。

图5 -智能天线系统示意图

的应用智能天线

相控阵天线(智能天线)的应用包括:

• 用于无人机。
• 天线阵列用于雷达系统。
• 它们广泛应用于无线蜂窝系统。
• 相控阵天线也用于射电望远镜。
• 它们被用于电子战系统。

的优点智能天线

相控阵天线(智能天线)的优点是:

• 使用智能天线可以达到最小的干扰。
• 自适应天线的范围/覆盖范围高。
• 低功耗要求使电池寿命更长。
• 可以实现光谱效率。

缺点的智能天线

相控阵天线(智能天线)的缺点包括:

• 天线的物理尺寸是一个主要问题。
• 它很贵。

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