基于GA的智能天线系统前端扇区阵列设计

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1、基于GA的智能天线系统前端扇区阵列设计摘要：本文使用遗传算法（GeneticAlgorithm）设计了智能天线系统前端的扇区天线阵列。该天线阵列用于TD-SCDMA基站系统中。首先依据智能天线系统扇区覆盖模式（即广播波束）对方向图的要求，利用GA的全局搜索性能，综合了阵列结构及单元激励相位。其次对该阵列结构使用GA模拟了智能天线系统工作模式（业务波束）下所要求方向图的阵列激励幅度和相位。本文首次给出了实际的智能天线系统前端扇区天线阵列结构，对智能天线技术的应用具有重要意义。关键词：智能天线、扇区天线阵列、TD-SCDMA.GA、广播波朿、业务波朿Designoft

2、heSectoredArrayAntennaBasedonGeneticAlgorithmforSmartAntennaSystemFrontEndAbstract:Geneticalgorithmisusedtodesignthesectoredarrayantennainsmartantennasysteminthispaper.ThesectoredarrayantennaisappliedtothebasestationofTD-SCDMA・Firstly,tomeetthedemandofsmartantennasystemsectoredcoverag

3、emode（namelyBroadcastBeam）,thearraysconfigureandexcitationphasearesynthesizedbytheglobal-searchGeneticalgorithm.Secondly,theweightsneededtosimulatetheworkingmode（WorkBeam）areoptimizedbyGeneticAlgorithm.Thesectorantennaarrayofpracticalsmartantennasystemisfirstlyproposed,whichismeaningf

4、ulfortheuseofsmartantennatechnology・KeyWords:SmartAntenna,theSectoredArrayAntenna,TD-SCDMA,GA,BroadcastBeam,WorkBeam1.引言智能天线IT是当前通信领域最热门的技术之一，其缘由是智能天线技术可以充分利用无线资源的空间可分割性，提高无线通信系统对无线资源的利用率，从根本上提高系统容量。智能天线系统可以看作是一个空间滤波器，一般主要应用于基站系统，其基本思想是可为用户提供窄定向波束，使主波束对准通信用户方向，自动跟踪通信用户；而在干扰用户方向则生成深零点，

5、抑制同道干扰、多址干扰和多径衰落，以实现显著提高信干比、增强系统容量的目的。智能天线采用一定阵元数的阵列天线，由于各阵元的空间位置不同，同一无线电信号到达各个阵元波程差不同，因而可用于波达估计（DoA）。不同方向的信号通过阵列天线后产生不同的阵列响应，智能天线接收系统可采取一定的算法（可在射频、中频或基带实现）把不同方向的信号区分开来，从而降低干扰，提高系统性能。因此阵列结构对智能天线系统性能起着重要的影响。通常在研究押能天线的文献中，涉及到可用于智能天线系统的阵列形式主要有圆环形阵列、线形阵列或者平而阵。文献⑷仅从阵列形式角度对可应用于智能天线系统川的圆形阵列、

6、球面阵列的阵因子进行了讨论；而且这些阵列均具有全向性，不适合用于扇区覆盖中。文献⑸提出一种可用于智能天线系统的弧形天线阵列结构，该阵列适合扇区覆盖。但是与一般意义上的直线阵相同，该阵列属于边射阵，在阵列轴线的两边都有辐射，要真正应用于扇区覆盖,还必须做进一步完善。文献⑹对非全向单元组成的阵列进行了研允，提出心脏形单元组成的线阵比全向单元组成的线阵增益大，适用于扇区覆盖。但是没能给出这种单元结构形式，同时与几乎所有考虑智能天线系统阵列的文献一样，均没有考虑组成阵列之后出现在单元之间的互耦对期望方向图的影响情况。实际上在阵列天线中，由于单元间互耦影响，使阵列的口径分布

7、和输入阻抗发生变化，辐射方向图发生畸变⑺。而本文从工程实现的角度，使用矩量法（MoM）分析综合出带有底板的平面阵列。该阵列可满足不同功能的智能天线系统扇区覆盖要求，同吋该阵列可实现波束跟踪、零点抑制等功能。1.天线结构与分析方法图1阵列结构及坐标系本文设计的是4通道带有金屈反射底板的面阵天线。天线结构示意图如图1所示。阵列屮底板的采用，不仅可以满足方向图扇区覆盖要求，而且与一般文献中讨论的没有底板的边射阵列相比可以提高阵列增益。辐射单元采用直径为①的圆柱形对称振子。沿Z轴方向一列中所有单元等幅同相激励，该方向单元数目的多少仅取决于智能天线系统对天线阵增益要求的大小

8、。而每一列