天线阵波束成型模拟器分析与设计

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1、2008海峽兩岸三地無線電科技研討會，台北亞東技術學院天線陣列波束成型模擬器分析與設計彭嘉賢、張道治亞東技術學院通訊技術研發中心摘要II.系統架構及工作原理本篇論文提出波束成型網路(BFN)的技術方法應圖二為BFN示意圖，將8個相移器置於一組由8用於行動基地台的新技術。將8個相移器置於一組由個天線單元組成的線性陣列，經由功率組合器得到一8個天線單元，組成之天線陣列波束模擬成型器。應信號輸出。圖三為N個元件線性陣列示意圖，此描述用射頻數位步進衰減器設計BFN演算法，分析結果為是討論陣列天線為接收狀態下，一個有N個元件組成相移器I與Q相加，和為-270°。根據此結

2、果，使用的線性陣列天線，元件間距皆為等距離d，其陣列場PCAAD模擬N個I及Q通道，天線掃描時發現I=θ，型(ArrayFactor)會被電磁波的方位角θ所決定。分為以0將會得到Q為-θ，並具雙波束功能，可縮短掃描時下三總情況討論:0間及能量使用。討論一:未包括掃瞄天線陣列因子，其電場強度E為N關鍵字：行動基地台，射頻數位步進衰減器，相移器，個天線單元輻射場型a(θ)的加總，r為信號來源端到波束成型網路。元件之間的距離，如式(1)。e−jkr1−−jkdsinθjkd2sinθθ−jkd7sinEa()()θθ=+{}1e+e+...+eI.前言r1本文章進行

3、天線陣列波束成型模擬器分析，設計(1)e−jkr1N=8−−jkNnd()sinθ=()aeθ∑新型相移器之結構，使用射頻數位步階衰減器製作天r1n=1線陣列波束成型模擬器(BFN)，替代Bulter矩陣陣列[1]討論二:包括掃瞄天線陣列因子其掃描角度為θ，其0或接通串聯數位開關相移器[2、3]時，BFN可作為相總電場強度為位陣列模擬，或是相位陣列量測系統。BFN的可解析e−jkr1N=8Ea()θθ=()∑e−−jkNnd()(sinsθθ−in)0角度是一個方位角(Azimuth)，設計之頻率範圍可依需(2)r1n=1求設計。天線陣列系統之波束場型測試可應

4、用於『調適性相列天線』、『MIMO系統組合等研究』，透過先期由(2)式可得知當輸入有a(θ)、r、λ為波長或是f頻試驗更可促使成本減少，並可過濾不必要的誤差，促率、天線元件數量N及掃描角度θ時，輸出可得知其0使實驗效率提升。功率及電磁波的方位角θ。一般傳統相移器（圖一）取樣位數為3bit有六個討論三:多重路徑掃瞄天線陣列因子其掃描角度為開關，假設每個開關衰減0.5dB則此相移器衰減3dB，θ，b為反射係數，其總電場強度為m當位元數越多其損耗衰減量越大。本文第II部份討論−jkrmN=8be−−−+jkNnd()(sinsθθin)m使用射頻數位步進衰減器演算法

5、，設計BFN的系統架(3)Eam=()θ∑ermn=1構及工作原理，第III部份說明通道之相移器結構分析，第IV部份討論多波束天線陣列應用並舉例說明，第V部份則為研究之結論。812008海峽兩岸三地無線電科技研討會，台北亞東技術學院例二Fi=1、Fq=-1、a=1、a=1時，由式(6)及式(7)計由(3)式可得知當輸入有a(θ)、r、λ為波長或是f頻iqo算出結果I的相位角為−45，落於第四象限，率、天線元件數量N掃描角度θ0、M、(b1…bM)、oQ的相位角為-225落於第二象限。(rm1…rmM)、(θm1…θmM)時，輸出可得知其功率及電例三Fi=-1、

6、Fq=1、a=1、a=1時，由式(6)及式(7)計磁波的方位角θ。iqo算出結果I的相位角為−225落於第二象限，Q的相oIII.相移器結構位角為-45落於第四象限。圖四為一個新設計的通道相移器示意圖，利用射例四Fi=-1、Fq=-1、a=1、a=1時，由式(6)及式(7)頻開關操作I/Q通道的情形，與位元數無關。信號由iqo一個1:2的功率分配器，分成I/Q兩通道選擇0度或是計算出結果計算出結果I的相位角為45，Q的相位角o反向180度。4個RF開關分別以Fi及Fq表示，1代表為−315分別落於第一象限。以上四個例子分別歸納0度-1代表180度，行成4個正交

7、訊息點，經由2個列於表格一數位步階衰減器以a、a表示及1個90度的3dB混iq合耦合器所組成，來決定輸出之信號大小與角度落在IV.多波束天線陣列應用第幾象限。當信號進入時，所有的相移器開始交互工大部分一般相移器使用一個通道，將另一個通道加作，利用合適的RF開關以及改變功率分配器的2個上50歐姆終斷電阻，終止其信號能量，僅有單波束輸輸出至數位步進衰減器，其輸出I值如式(4)、Q值如出。本篇在討論I/Q通道同時使用時之情況，N個陣式(5)列I和Q的輸出，有N個I、Q相移器分別接上天線−1Faiio如圖五所示有八個相移器分別於I與Q通道上各接上j[tan−180](

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