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  • 多波束原理

    2015-10-01 19:26:06
    多波束设备的原理,包括多波束如何发射,调制,以及接受等问题
  • 波束成形原理.pdf

    2020-02-29 17:34:59
    这是目前看到最好的天线波束成形原理的描述,非常适合初学者学习,这个主要讲的是发射端的波束成形理论,接收端和他类似。波束成形是5G领域的核心技术,这个文档有利于大家学习,非常值得推荐
  • 波束形成就是 让波束的方向图在你期望的方向形成主瓣,可以通过波束形成器,同时抑制噪声信号和干扰信号。 自适应波束形成器就是通过自适应算法(SMI,LMS等)让传感器根据来波信号的信息实现波束形成。 前者传感器...
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  • 里面有四个部分,详细的介绍了智能天线波束形成!
  • 在讲解两维天线阵列之前,需要了解一维天线阵列波束成形原理,只有了解了一维天线阵列,才能弄明白二维,好了,我们先开始科普一维天线阵列原理。 一维天线阵列原理: 如下图,所示,如果在theda确定的情况下,...

    在讲解两维天线阵列之前,需要了解一维天线阵列波束成形原理,只有了解了一维天线阵列,才能弄明白二维,好了,我们先开始科普一维天线阵列原理。

    一维天线阵列原理:

    如下图,所示,如果在theda确定的情况下,阵子0和阵子1达到接收机合成的能量,只跟它们的接收相位差有关系,这个理解很重要,如果不理解这点,后面没法分析,他们的相位差分别可以写为:

                             {0,(d0-d1)/lamda*2*PI},    备注0,表示阵子0相对自己的相位差。

    而由于d0相比阵子0和阵子1的间距d来说足够长,所以d0-d1可以约等于d*sin(theda),所以相位差可以写为:

                                [0,d*sin(theda)/lamda*2*PI]

    如果把相位改为波形的话,公式如下:

                                  [1,exp(d*sin(theda)/lamda*2*PI)]

    同理,如果阵子数为N的阵列,则相位差的波形公式分别为:

    [1,exp(1*d*sin(theda)/lamda*2*PI),exp(2*d*sin(theda)/lamda*2*PI),,,,,exp((N-1)*d*sin(theda)/lamda*2*PI)]

    最终,波形图为所有相位差的波形累加。

    二维天线阵列原理:

          假设x和y轴平面上分布了M*N个两维阵列,对于任一阵子,其相位差都可以由x和y轴上的相位差分量组成,如下图所示:

    x和y轴上的相位差波形矢量分别为:

    ax(theda,phi)=[1,exp(1*dx*sin(theda)*cos(phi)/lamda*2*PI),exp(2*dx*sin(theda)*cos(phi)/lamda*2*PI),,,,,exp((M-1)*d*sin(theda)*cos(phi)/lamda*2*PI)]

    ay(theda,phi)=[1,exp(1*dy*sin(theda)*sin(phi)/lamda*2*PI),exp(2*dy*sin(theda)*sin(phi)/lamda*2*PI),,,,,exp((N-1)*d*sin(theda)*sin(phi)/lamda*2*PI)]

    任何一个阵子的合成相位,等于x和y的相位差分量的叠加为:

                               axy(theda,phi) = ax(theda,phi) * ay(theda,phi).转置

    均匀平面阵的阵列方向图为:

    看到这里,是不是已经明白了,阵列的波形成形原理,如果还不明白,那你就得请我吃饭了,哈哈,当面请教了。

    具体两维波束赋形图的python代码,请参见链接:

    https://download.csdn.net/download/zippo_wu/12043421

     

    如有具体问题,请加QQ 20112516

     

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  • 设计一种高效小型片上/片外天线,适用于移动卫星通信系统,设计了一种相控阵天线波束形成算法对其进行仿真。
  • 数字多波束形成的MATLAB仿真

    千次阅读 2021-04-18 14:54:40
    数字多波束形成的MATLAB仿真2017-03-06摘要:数字波束形成技术在现代相控阵雷达中得到广泛应用,首先介绍了数字波束形成的基本概念,根据扫描角度不同波束宽度的变化,得到数字多波束形成时每个波束角度的位置。...

    数字多波束形成的MATLAB仿真

    2017-03-06

    摘要:数字波束形成技术在现代相控阵雷达中得到广泛应用,首先介绍了数字波束形成的基本概念,根据扫描角度不同波束宽度的变化,得到数字多波束形成时每个波束角度的位置。利用初始波束的3dB交叠可以递推算出每个波束的位置。给出了MATLAB仿真的流程图和具体代码,最后指出该代码在仿真数字多波束形成时应注意的问题。

    关键词:数字波束形成 多波束 MATLAB

    中图分类号:TN958 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2016)05-0000-00

    1 引言

    雷达数字波束形成 (Digital Beam Forming, DBF)技术是将数字信号处理引入到相控阵雷达天线波束形成原理的一门新技术。随着数字器件的快速发展,在雷达末端信号处理中进行数字幅相加权从而形成合成波束已经成为现实。和传统的微波移相器波束形成技术相比,数字波束形成技术有许多优点:能产生多个独立的可控波束,并不会损害信噪比;因波束控制是无惯性的,可瞬时实现同时多波束、顺序波束、单一波束和多种波束的交替运用,波束控制灵活多变;进行相位加权的同时可以进行幅度加权,能得到高性能超低副瓣天线。数字多波束形成技术是在数字波束形成的基础上同时产生多个独立的波束,可以更方便地完成自适应空域滤波和方向图控制。通过数字多波束形成,现代相控阵雷达可以实现多目标跟踪、检测、成像等功能。

    MATLAB是一种强大的科学计算工具,是雷达工程技术人员必不可少的工具。因此利用MATLAB仿真数字多波束形成也是在现代相控阵雷达系统设计中非常必要的。本文在介绍了数字多波束形成技术的原理后,重点讨论了MATLAB仿真数字多波束形成的方法。

    2 DBF的基本概念

    对于阵列天线,波束形成的一种简单的运算结构是延迟加权求和形成。假设从M处来的平面波入射到N单元的线阵上,如图1所示。

    当雷达的工作波长λ确定后,只要调整阵元间距d就可以满足式(3),从而不出现栅瓣。一般扫描角度都不会超过60°,所以为了避免出现栅瓣,通常取d/λ≤0.5。

    图2给出了24个阵元,阵元间距0.5波长,扫描角度30°的数字波束形成天线方向图。

    数字波束形成时,可以将回波信号视为阵列信号。其中波达方向信息是由载波相位项表示的, 与信号波形无关。该阵列信号可以写成

    为了得到数字波束形成的方向图,获得最大的输出响应,需要对各路复数信号进行复数相加权,即与权系数的共轭相乘,然后求和,这样就可以得到系统的响应输出为

    这样可以通过加权系数对阵列天线的方向图进行加权,得到符合系统要求的天线特性。加权系数在数字信号处理系统中一般用窗函数表示,图3为常见窗函数的响应特性图。

    3 数字多波束形成

    数字多波束形成是基于数字波束形成技术的,它将同时产生多个波束。但是每个波束因为波束指向角不同,所以波束宽度不同。

    在法线方向,天线波束是以法线轴向对称的,所以在法线方向的3dB波束宽度为

    考虑到利用MATLAB仿真数字多波束形成,一般选取第一个波束的扫描方向为0度方向即法线方向。其余波束相互3dB交叠,即每个波束的3dB点相交。那么在确定第一波束的时候,就应该确定下一个波束。接下来推导如何确定波束位置。图4是两个波束3dB交叠的示意图。

    通过在扫描范围内的角度可以找出使式(10)两边相等的角度,这个角度即为x2。这样就可以通过前一个波束扫描角度推算出下一个波束扫描角度。一般设置第一个波束扫描角度为0度,通过递推的方法就可以得到每一个扫描角度。

    4 MATLAB仿真数字多波束形成

    通过上述推导,可以得出MATLAB仿真数字多波束形成的流程图,如图5所示。

    首先,设置天线阵列个数、天线单元间距和扫描范围等初始参数;根据这些参数就可以仿真出法线方向的波束扫描方向图,然后利用式(10),在扫描范围内找出下一个波束扫描位置;判断这个波束位置是否超出初始设置的扫描范围,如果超出即结束仿真,不超出则仿真出这个波束的方向图。重复上述步骤就可以得到初始设置的数字多波束形成仿真。

    利用图5的流程,可以得到MATLAB仿真代码如下:

    function dbfn(N,d,fanwei)

    clear;

    close all;

    theta = -90:0.01:90;

    x = 0;

    theta3db = 50.8/(N*d);

    while x<=fanwei

    a = sin(N.*pi.*d.*(sind(theta)-sind(x)));

    b = N.*sin(pi.*d.*(sind(theta)-sind(x)));

    F =abs(a./b);

    F = 20.*log10(F);

    plot(theta,F);

    hold on;

    plot(-theta,F);

    xx = 0:0.001:fanwei+5;

    p1 = theta3db./(2.*cosd(xx));

    p2 = xx - theta3db./(2.*cosd(x))-x;

    X = abs(p1-p2);

    [A,B] = min(X);

    x = xx(B);

    end

    axis([-90,90,-30,0]);

    xlabel("角度/度");

    ylabel("相对幅度/dB");

    end

    上述MATLAB代码中,N为天线阵列个数,d为天线单元间距(单位为几个波长,一般取0.5),fanwei为扫描范围(只需给出正角度扫描范围即可)。根据上述MATLAB代码,可以得到32个天线阵列单元,间距为半波长的线阵,扫描范围为-60°~60°的数字多波束形成的天线方向图如图6所示。

    上述MATLAB程序是不考虑阵元方向性函数对阵列天线的影响而仿真出来的数字多波束形成。在实际中,往往要考虑阵元的方向性函数对波束的影响。如果需要考虑阵元方向性函数,就需要在每次波束形成时将阵元方向性函数与当前波束相乘。如果需要增加窗函数,也是在每次波束形成时将窗函数与当前波束相乘。但应注意窗函数对波束宽度的影响。

    5 结语

    数字多波束形成技术是现代相控阵雷达应用的新技术,本文在介绍了数字波束形成的原理后,重点阐述了MATLAB仿真数字多波束形成。利用初次波束形成的位置可以得到其3dB交叠时的下一个波束位置,通过此方法可以递推得到每个波束的位置,因此可以得到多波束的仿真。给出了数字多波束形成的MATLAB代码,指出了仿真时应注意的问题。该方法已经在某型相控阵雷达总体设计中得到应用。

    参考文献

    [1]赵树杰.雷达信号处理技术[M].北京:清华大学出版社,2010.

    [2]刘永刚.一种数字阵二次雷达的数字波束实现方式[J].数字技术与应用,2016(01):65-66.

    [3]张光义.多波束形成技术在相控阵雷达中的应用[J].现代雷达,2007(08):1-6.

    [4]陈伟.一种数字多波束实现ADS-B IN的方法[J].数字技术与应用,2015(09):48-49,51.

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  • 按照张光义的相控阵雷达原理编写,仅供理论参考。可以简单了解下原理
  • 而5G的波束赋形技术、就是使用很微型的毫米级天线传感器形成阵列,通过人为干涉、调整其阵列中天线基本单元参数,和各天线传感器信号不同的发送时间,形成集中、定向、更强功率的电磁波束,使接收器获得信号达到...

    工业互联网建设巳拉开帷幕,作为其“基础设施”的5G许多通信技术将发挥极大作用。波束赋形就是其中之一。

    电磁波发射波束、如不加人为干涉,是向其四周无死角散射,大部分是做无用功或浪费掉了。

    而5G的波束赋形技术、就是使用很多微型的毫米级天线传感器形成阵列,通过人为干涉、调整其阵列中天线基本单元参数,和各天线传感器信号不同的发送时间,形成集中、定向、更强功率的电磁波束,使接收器获得信号达到最佳效果。

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    波束赋形技术是5G通信的重要技术之一。

    由于5G使用的是Sub一6GHz频谱,为了得到更多无线信令支持,微基站要安排尽可能多的毫米级天线形成阵列式布置,去实现增加发射和接收功率。且天线根数越多越密,电磁波传播方向越集中,才可使电磁波信号朝着人为规定的方向传播。自动覆盖和寻找信号接收目标,完成信号交互吞吐任务。

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    小时候,我们知道太阳是以自身为中心向四周散射热量和光芒,就在地上放根火柴、拿个放大镜一边朝太阳、一面照火柴头上的磷,很快火柴就自动燃烧起来。后来知道,光热集中到一个点上可放大效应。

    波束赋形原理与其有些相似,把本应散射的波束,集中到一个点上来增强信号精准传输效果。

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    5G基站的信号发送以后,如果信号接收对象位置移动、距离变化了那怎么办?

    5G天线阵列中的天线之间各保持半个波长以上距离,加上波束之间相互作用后波瓣会更狭窄,信号不会相互窜扰。

    同时要利用5GNR空口(基站到接收目标之间的距离)子载波技术来灵活调度各天线之间间隙和时间间隙。自行伸缩扩展达到电磁波传输过程中的空间复合利用,在信道中的信令指挥下去完成寻找接收目标,灵敏进行各天线位置调整,将信号切换后精准发送。

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    5G独立组网大规模应用后,工业互联网中众多智能设备、终端的连接,或民众家庭里巳联网使用的智能家俱家电,是否都须要升级调换,实是不需要的。

    因为5G使用的802 11ac+协议能自动覆盖2/3/4G信号。但如需使用高清视频、AR等设备达到理想的效果,则在速率上有提升的要求。

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    波束赋形作为较成熟技术,在其它方面也有较多应用。如:矩形相控阵雷达、卫星星间联络、医学治疗、自动驾驶、图形成像和物理分析等等,作用十分广泛。在工业互联网中的功能和作用极具想象和应用空间。

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  • 阵列天线波束扫描

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    阵列天线波束扫描
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    千次阅读 多人点赞 2020-10-16 18:02:07
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  • 本帖最后由 mengjiasi 于 2013-1-29 00:53 编辑1 天线1.1 天线的作用与地位无线电发射机输出的射频信号功率,通过馈线(电缆)输送到天线,由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后,由天线接下来(仅仅接收...
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空空如也

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多波束天线原理

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