定向天线（精选12篇）
定向天线 篇1
0 引言
在煤矿巷道类受限空间,无线电传播最突出的一个现象就是多径效应,即从发射源辐射出的电磁波由于巷道壁和各种障碍物阻挡,会发生反射、散射、绕射等现象[1]。近年来国内外学者对无线电波在井下的传播预测理论比较关注,已建立了初步的信道模型系统,为巷道内电磁波传播特性的研究奠定了基础[2]。但目前针对巷道等带状环境下的天线理论研究还未形成体系。现有矿井无线通信系统大多采用单极子类鞭状天线[3]和微带天线[4]。该类天线近似为全向辐射,在狭长巷道中的辐射波束会因巷道壁的阻挡而产生较多的反射损耗。霍羽等[5]研究表明,该类天线辐射波束与巷道耦合后的波束为有向辐射波束,证明具有定向辐射波束的天线更适用于巷道类受限空间。现有的矿用定向天线主要有喇叭天线、反射面天线、螺旋天线等,其中工作频率为2.4GHz的喇叭天线体积较大,反射面天线和普通螺旋天线均为单向辐射天线,辐射效率较低。
研究表明,圆极化天线收发数据时可有效减弱多径效应影响,且提高无线通信系统的信道容量[6]。双臂平面螺旋天线同时具有圆极化特性和定向辐射特性,并可实现双向窄波束辐射,符合巷道类受限空间对定向天线的应用需求,因此,本文设计了一款双臂平面螺旋天线作为矿井无线通信系统基站的收发天线,以减少因巷道壁和颗粒反射造成的多径效应干扰,改善井下无线通信质量,并可对不同波束进行频分复用,提高信道容量。
1 天线结构设计
双臂平面螺旋天线结构如图1所示。该天线包括2个螺悬臂,每个螺悬臂由2条起始角相差δ的等角螺旋线构成。ρ为内圈半径,rw为外圈半径。
在XOY平面上,螺旋线方程为
式中:r,φ分别为极坐标的矢径与幅角;1/α为螺旋率;δ为螺旋线角宽度。
式(1)符合拉姆斯提出的非频变天线的一般形状方程。选取δ=90°的双臂自互补型结构,每个螺旋臂为5圈,线宽为0.1cm,线间距为0.1cm,内圈半径ρ=0.5cm,外圈半径rw=2.5cm。螺旋臂末端采用平滑过渡,基板选择常用的FR4,其相对介电常数为4.4。
2 仿真分析
当中心频率为2.4GHz时,双臂平面螺旋天线辐射归一化方向如图2所示。由于该天线为平面且双臂结构对称,所以其在XOZ和YOZ平面辐射出的辐射波瓣均为对称双向波束,且最大辐射方向均在天线两侧的法线方向上,上下波束的半功率波瓣宽度(Half Power Beam Width,HPBW)均大于60°,增益大于4dB。
图3为HFSS软件仿真的双臂平面螺旋天线辐射方向3D效果。可见该天线辐射的2个波瓣分别在天线平面(XOY平面)的两侧。已知具有圆极化特性的双臂平面螺旋天线具有旋向正交性,即发射天线和接收天线之间满足互易定理:天线若辐射左旋圆极化波,则只接收左旋圆极化波;天线若辐射右旋圆极化波,则只接收右旋圆极化波。由图3可知,本文设计的双臂平面螺旋天线同时辐射左旋圆极化波和右旋圆极化波波束,因此该天线具有旋向正交性,可工作于同一频段而互不干扰,从而实现频率复用,提高信道容量。
图4为双臂平面螺旋天线的电压驻波比。电压驻波比为反映馈线传输效率的指标,通常要求小于1.5,在工作频点应小于1.2。 从图4 可看出,在1.5~10GHz范围内,该天线电压驻波比小于1.5,说明天线阻抗匹配良好。图5 为该天线的回波损耗,表征信号反射性能。 可见天线中心频率为2.4GHz时,回波损耗为-28 dB;中心频率为5.8GHz时,回波损耗为-18.4dB,均满足小于-10dB的设计要求。天线相对带宽达60%,属于超宽带天线范畴。
可通过增大天线辐射表面积来获得更高增益。图6为工作频率为2.4GHz的10圈双臂平面螺旋天线辐射归一化方向,外圈半径为45 mm,3dB波瓣宽度为120°,增益大于6dB,优于参考文献[7]中小型单极子超宽带天线增益(5.2dB)。由图2 和图4可知,双臂平面螺旋天线辐射的“8”字型对称波束的最大辐射方向均在法线方向上,与全向覆盖的单极子天线和副瓣很多的微带圆极化天线相比,其辐射能量更集中,辐射效率更高。
3 结语
双臂平面螺旋天线的辐射波瓣分别在天线平面两侧并对称,HPBW大于60°,满足矿用天线最大扫描角大于30°的要求。5圈双臂平面螺旋天线的增益大于4dB,10 圈双臂平面螺旋天线增益大于6dB,高于常用单极子全向天线。后续将在条件允许的情况下,在巷道环境内对该天线及其辐射的电磁波传播特性进行测试,以验证理论分析结果。
参考文献
[1]孙继平.矿井移动通信的现状及关键科学技术问题[J].工矿自动化,2009,35(7):110-114.
[2]ZHANG Y P,HWANG Y.Characterization of UHF radio propagation channels in tunnel environments for microcellular and personal communications[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,1998,47(1):283-296.
[3]田子建,雷婧,王文清.矿用小型化单极子超宽带天线设计和性能分析[J].煤炭科学技术,2015,43(1):81-85.
[4]黄凯,张然,卑璐璐.一种紧凑型宽频带圆极化射频识别天线设计[J].工矿自动化,2014,41(5):34-38.
[5]霍羽,徐钊,刘逢雪.融合波模和射线理论的矿井电波传播模型[J].电子学报,2013,41(1):110-116.
[6]孙晓玲.MIMO系统终端天线研究与设计[D].太原:太原理工大学,2011:74.
[7]丁丁,龚克.圆极化波室内传播特性研究[J].电波科学学报,1999,14(3):304-307.
定向天线 篇2
甲方(用人单位)：云南昊龙实业集团有限公司
乙方(“双定生”)：姓名性别出生年月
专业生源地
身份证号毕业时间丙方：昆明冶金高等专科学校
为向用人单位培养输送急需人才，支持用人单位发展，经甲丙双方商定，共同培养“双定生”（就是甲方委托丙方培养，乙方自愿就读，乙方毕业后到甲方就业的高职学生），经丙方推荐、乙方报名并经甲方筛选，三方认真协商，现就“双定生”培养达成以下协议：
一、甲方权利义务
(一)甲方应接收取得丙方毕业证书的乙方到甲方工作，甲方根据乙方所学专业安排合适岗位。
(二)甲方承诺按比例提供乙方大学期间以下培养费用：包括：学费、住宿费、教材费、生活补助费。甲方支付给“双定生”的培养费比例根据乙方与甲方签订不同期限服务期的培养合同及乙方在校期间取得的成绩和奖励而不同。
具体标准为：
1、一年“双定生”
一年双定生是指“双定生”与甲方签订“自愿就读‘双定生’专业协议书”并签订劳动就业合同到甲方就业且服务期为3年的“双定生”方式，由甲方负责按比例支付“双定生”大学期间一年的学费、住宿费、教材费、生活补助费。（共1.2万元）
2、二年“双定生”
二年双定生是指“双定生”与甲方签订“自愿就读‘双定生’专业协议书”并签订劳动就业合同到甲方就业且服务期为6年的“双定生”方式，由甲方负责按比例支付“双定生”大学期间2年的学费、住宿费、教材费、生活补助费。（共2.4万元）
3、三年“双定生”
三年双定生是指“双定生”与甲方签订“自愿就读‘双定生’专业协议书”并签订劳动就业合同到甲方就业且服务期为9年的“双定生”方式，由甲方负责按比例支付“双定生”大学期间3年的学费、住宿费、教材费、生活补助费。（共3.6万元）
4、培养费的支付/
3培养费由甲方于学校规定的缴费时限内先行交付丙方托管代发，每学期末根据该“双定生”本学期的学习成绩、所获院、校级奖励等情况，具体确定支付比例，先行支付的培养费超出具体比例的数额，由甲、乙、丙三方签订确认协议，并由甲方在乙方工作后，从乙方工资中按比例逐步扣除。
经甲乙丙三方协商一致，由甲方在自愿报名就读“双定生”的乙方中进行一定的筛选，再与最终选定的乙方决定选择年“双定生”的方式定向培养、定向就业，单位工作相应的年限。
(三)甲方负责协助丙方和助学贷款银行督促乙方按助学贷款协议按时按量归还助学贷款。
(四)甲方有权要求乙方取得毕业证和其它必要证件，乙方在校期间不得违反校纪校规，并未受到任何处分；若在校期间受到处分、违反校纪校规，或未取得相关证件的，甲方有权选择解除培养协议并要求乙方在甲方规定时限内全额偿还甲方已付的培养费。
（五）甲方有权利对乙方的专业技能知识进行不定期、不定方式地考查；有义务协助学校对乙方在专业技能上的培养。并基于考查结果有权选择是否解除培养协议。
二、乙方权利义务
(一)乙方可享受甲方提供的在校期间的培养费用：包括：学费、住宿费、教材费、生活补助费。具体标准详见本协议第一条。
(二)乙方在校期间需刻苦学习，积极向上，保证在规定的三年内取得毕业证书。若因学分不够等非不可抗力的自身原因需延长学习时间才能取得毕业证书的，延长的时间内甲方不负责承担任何费用，并保留是否解除培养协议的权利。
(三)乙方自愿同意丙方将毕业证和职业资格证书交由甲方代为保管年。
(四)乙方专科毕业后持丙方的毕业生派遣证按时到甲方报到，并为甲方服务年。
(五)乙方保证在与甲方签订劳动就业合同后的当年6月20日（需与学校商定）前偿还完银行的国家助学贷款和交清丙方的所有欠款，否则，愿意将自己的毕业证书和职业资格证书暂时保管在丙方。
（六）若乙方昊龙集团“双定生”在培养期间或毕业后不到甲方就业或在服务年限内自动离职或辞职的，须向甲方全额退还甲方之前提供给乙方的培养费和相应的利息（利息按甲方支付给乙方费用时，当期银行利率计算），并向甲方支付培养费30%的违约金。甲方有权向甲方所在地人民法院提起诉讼。
（八）若乙方在甲方服务期内违法违纪，违反公司规章制度，被公司开除或辞退，乙方需理赔甲方所支付的学费和相应利息（利息按甲方支付给乙方费用时，当期银行利/ 3
甲方按照对应的培养费标准支付给乙方，由丙方托管代发，乙方毕业后到甲方
率计算）。
三、丙方权利义务
(一)丙方有权督促甲方和乙方履行相应协议。
(二)丙方有权按照学校的相关规定对未交清学费或未偿还完银行国家助学贷款的“双定生”的毕业证书和相应职业资格证书交给甲方代保管；
(三)丙方应当按照甲方的委托抓好报考“双定生”的宣传动员工作同时接受有意向的学生报名。
(四)丙方应帮助乙方优先办理助学贷款；
(五)丙方应优先安排乙方在校内勤工助学工作；
（六）丙方在乙方达到“专升本”条件前提下，优先推荐乙方为“专升本”考生。
（七）丙方有义务督促乙方履行本协议，如出现协议履行不能的情况，丙方有义务做乙方的思想工作，并及时向甲方反馈意见。
四、其他规定
（一）甲乙丙三方须认真履行本协议，若发生违约，违约者将承担违约责任，以及赔偿由此造成的一切损失。
（二）协议履行过程中发生其它问题，甲、乙、丙、三方协商解决。，协商不成，任何一方向甲方驻地法院提起诉讼。
（三）本协议经甲丙双方盖章和乙方签字后生效。
（四）本协议一式五份，甲丙各持两份，乙方持一份。
甲方（盖章）法定代表人（签字）：
乙方学生（签字）：
丙方（盖章）法定代表人（签字）：
定向爆破“红胎记” 篇3
虽然说“红胎记”对身体无害，可对外观的影响是毋庸置疑的。例如，学龄儿童可能因为同学的奚落与嘲笑，而形成孤僻、自卑和内向的性格，其间接危害可能比“红胎记”本身更大。青年人可能因此丧失在求职、求偶、晋升中的平等竞争机会。到了40岁以后，由于畸形血管逐渐扩张，约65%患者的“红胎记”不再平坦，慢慢有结节形成、病灶增厚等现象。这种倾向发展到一定程度，患者即丧失了采用非手术治疗的良机，必须选择植皮等整形外科手术来治疗。少数症状比较严重的患者，年轻时“红胎记”还是很平坦的，可到了中年或晚年时却可能已面目全非，扩张的病灶类似肿瘤的外观，样子十分丑陋，甚至会影响到眼、鼻、口的正常功能。
现代非手术治疗“红胎记”的方法，包括激光治疗与光化学治疗两大类。它们是以无创或微创，瘢痕发生率明显低于任何其他治疗方法为特征的。其治疗原理完全不同，各有不同的适应证，只有合理选择，才有可能取得较理想的治疗效果。
目前，在全国各地广泛开展的进口激光器治疗，是一种常用的方法，其基本原理都是利用20世纪80年代早期发现的选择性光热作用。从疗效与治疗次数两方面来看，面积较小、散在的患者比较适合激光治疗。治疗过程便捷，操作简易、安全，对医生的病灶操作经验依赖性低，所以极易推广。其缺点是治疗次数多，难以达到完全消退的效果，甚至有些患者可能因不敏感而疗效不好，术后的外观又欠均匀。此外，国外学者使用此方法历史较长。他们的一项随访发现，到治疗后第4年，有50%的患者出现部分血管再通，红色回复的迹象。
在20世纪90年代初，我国的医学研究人员开始把化学治疗用于“红胎记”的治疗。这种治疗从原理上讲，与激光治疗完全不同，主要是利用光敏物质由静脉注入后，可在血管内皮细胞内聚集一定时间的特性。此时，内皮细胞以外的组织中光敏物质浓度极低，因而实现了对病变细胞的针对性选择。经体外使用特定波段的大光斑照射“红胎记”区域，导致该区域内畸形血管中内皮细胞的“定向爆破”。治疗后，经过一段时期，畸形的血管网出现不可逆的萎缩。这种治疗利用了“红胎记”的组织特性，所以是一种很巧妙的生物化学治疗方法，尤其适合于面积大、病灶集中的患者。其优点是：治疗后病灶消退均匀、自然，较少有治疗留下的痕迹(如图);相对治疗次数较少，医疗费用较低。不过，其治疗过程中所需的医疗设备、光敏物质、时间、操作等，有多种选择，因此对医生的经验与技术依赖性较高。此外，治疗后，患者需要坚持一定的避光期，对小面积、散在病灶不太适合。
17米波段2单元定向天线 篇4
谁说的怀旧也回不到过去呢?这一紧凑版天线和原版天线一样具有优异的性能
最近有点怀旧,又想要根17米波段的天线,我就改造了一款曾经风靡于20世纪50年代末期的天线设计。改造的结果证明这不仅仅是一次怀旧之旅,我终于拥有了一根17米波段2单元的定向天线,且其性能非常优异。
什么是Wonder Bar天线
1956年11月刊的《QST》杂志,介绍了一款易于制作且性能优异,名叫Wonder Bar的天线。那时的我还是个住在爱荷华一个小镇的17岁高中生,当时的呼号是W0VNX。由于囊中羞涩买不起成品,灵机一动就想到了自制一10米波段的这种天线,用来通联10米的DX电台。
有了这个念头,我立即就跑到位于芝加哥的联合无线电公司,购买了用于制作这款蝴蝶结型的缩短偶极天线所需的B&W Miniductor空心线圈和支脚绝缘子。不幸的是,由于其它事情的原因,我没有凑齐项目所需的其它材料,更不必说制作完成这根天线。
空心线圈和支脚绝缘子最终用在了其它项目上,最后被丢弃于垃圾箱。与此同时,我也进入了大学学习。随后继续在研究生院学习,研究生毕业后,又在大学教书有差不多40年。可是我却一直没忘记Wonder Bar,我保留了1956年的那篇原文,还搜集了不少关于这个天线的其它文章。其中有一篇是关于20米波段版本的;还有两篇是爱好者自己写的给10米波段增加1个或者2个单元,做成定向天线的文章。
忆往昔,从今越
去年秋天开始,我就仔细考虑要制作一款17米波段的天线,老款Wonder Bar的设计方法又一次涌上心头。我对天线的要求是有方向性、可旋转、和偶极天线相比要有些增益,还要相对小点、低调点,这样也就不至于给我邻居和我家领导留下什么坏印象。
图 1 做好的 Wonder Bar 定向天线,随时可以投入使用。
最终决定用一幅17米Wonder Bar天线作为驱动单元,另一幅调整好并固定住作为反射单元这一方案。用计算器简单计算后,就算出了17米波段版本的尺寸。驱动单元和反射单元的间距为12英尺8英寸,这个长度只有17米波段常规全尺寸定向天线振子间距的一半。翻阅了几本关于天线的书籍后,驱动和反射两单元间距在6英尺7英寸时也可获得较好的效果。我还可以自己绕空心线圈,制作天线所需的其它材料也能在五金店和折扣店里买到。最后,我终于做出了自己50年前想做却没有完成的天线,而且还是一个新版改进型的。见图1。
那些不断尝试制作这款天线的读者,他们的制作,让我受益匪浅。下面就详细来说说我这款天线的材料和结构,文中引用的作者文章,对于完成这幅天线,非常重要。
制作天线
我把附近日用品店买来的尺寸为15×20×3/8英寸的塑料切菜板一分为二,用作天线的中间支撑件(这一想法是我在某天清洁厨房时想到的)。用电锯沿着切菜板的长边的两头各留出7英寸距离,切出两块7×15英寸两块塑料板。随后用电动打磨机把每块板的边打磨下,并把直角打磨出圆角。八根对角线振子长度为77英寸,材料可以选用3/4英寸直径的铝管、铜管或者钢质电线管。为了减轻天线的重量,优先选用铝管做振子材料。铜管由于重量没重多少,且价格要便宜些,也是一个不错的替代材料。电线管是最便宜的,但是重量却是三者里面最重的。
图 2 Wonder Bar 定向天线制作细节图
每根振子的一端必须要压平,长度约2英寸。起初我想用店里买的台钳来实现,但是手上的台钳压不了这个尺寸的铝管。几次尝试失败后,我把它拿到室外,用我17岁时曾用过的办法终于搞定。方法就是把管子放在水泥砖上用锤子砸。这一步完成后,再在砸平的这一头离顶头半英寸的位置,钻一个1/4英寸直径的孔。
用便宜的切管器切出合适的振子长度后,把振子砸平的那一端在中间件上用1/4英寸的六角螺栓和3/4英寸的U型抱箍固定好,见图2。我还把U型抱箍的两脚撑开了1英寸,这样它就能在振子上来回滑动。给所有螺母配上垫片和弹簧垫片,这样能更好的固定螺母,也能防止它们在中间支撑件上滑动。
在中间支撑件和振子间还需要加几个额外的垫圈。我把左右两个交叉振子间留出5英寸的距离,也就是在中间支撑件的中心线两边各2.5英寸,留出的这5英寸的空间用于安放加感线圈。交叉振子其两远端之间的距离要略微大于4英尺,随后用U型抱箍把振子固定在中间支撑件上。这样的话当你在交叉振子两端拉上电线时,就会稍微有点绷紧。用铅笔在中间支撑件的中心点画出水平线和垂直线,这将有助于定位螺栓和U型抱箍,让完成后的天线看起来协调一致。
选用稍微短于4英尺长的10号裸铜线(2.588mm)系在交叉振子的两头,在裸铜线的两头分别焊一个圆形接线鼻,并用小号螺丝穿过接线鼻拧进离振子远端约0.5英寸的位置。前面曾经说过,要稍微让这根裸铜线有点紧,这样它们看起来也就会很直。
图 3 用切菜板做出来的中间支撑件的背面细节图
我用7英尺长的12号(2.053mm)裸铜实心线,绕在内径1英寸、长6英寸的PVC水管上,做出了2个一样的加感线圈,用在天线的驱动单元和反射单元上。附近的五金店,买一英尺这种水管也没花几个钱。由于只能买到12号的绝缘线来制作线圈,我就把电线的一端固定在台钳上,从另一端开始用剥线钳小心的剥掉绝缘层,注意不要刮花里面的铜线。线圈要居中绕在PVC骨架的中间,长度约4英寸。在骨架两头约1英寸处各钻一个孔,把裸铜线一头插入孔中,并拉出几英寸,便于最终的固定和搭接。把另一端固定在台钳上拉直铜线,随后转动骨架绕制线圈。我还在骨架两头各0.5英寸的位置钻了个1/4英寸直径的孔,这样最后我就可以把线圈固定在中间支撑件上用于固定交叉振子的螺栓上。在线圈两头的引线上分别焊上接线鼻,用弹簧垫片和螺母把接线鼻固定在交叉振子固定螺栓上即可。
接下来要用一个小的耦合线圈,感应天线驱动单元后接到馈线上。这个感应线圈用12号绝缘铜线,在驱动单元的加感线圈上紧紧地绕两圈即可。耦合线圈的一头焊在一段52Ω同轴馈线一端的芯线上,另一头则焊在屏蔽线上。这个同轴馈线的另一端接了个标准的PL-259接头,这个接头上又连了个PL-258对接头,这样我就可以把我52Ω的馈线用PL-259接头接在上面了。
巧的是,手上正好还有根别人给的CB天线。天线主梁是长为8英尺的铝管,天线还有主杆。把主梁以主杆为中心切短到长度6英尺8英寸,用作本天线的主梁,其它具有同样长度的铝管或者钢管也同样可以用做主梁。一小片金属板或者重型塑料片(比如切中间支撑件的菜板剩余部分)、及2套U型抱箍可以用于把主梁固定在主杆上。
用6英寸长、1/16英寸厚的40角铝和U型抱箍把两个中间支撑件固定在主梁上。我用了2根3/4英寸长的六角螺栓,间距5英寸把角铝的侧边和中间支撑件的顶部中间部位固定在一起。角铝的顶面钻了两个可以穿过U型抱箍两只脚的孔,这样就可以把中间支撑件固定在主梁下方(见图3)。需要注意的是,要把角铝固定在中间支撑件的顶部中间部位。且穿过U型抱箍的两个孔,也要在中间支撑件的水平中间部位。最终安装的时候,可以用个木工水平仪,调整两个单元,安装到位。
尽管可能没必要,我还是把一根电视天线上的狗牙抱箍用在了中间支撑件上,用于它和主梁的固定。这样主梁两端每个单元的U型抱箍都可以滑动,组装和调整时也可以来回滑动。
玩转天线
一旦两个蝴蝶结单元完成,且被临时固定在主梁上后,剩下的工作就是仔细调整了。把两个单元的中间线圈调整到正确的频率,随后再调整驱动单元的耦合线圈。如果回到1956年,这些调整工作会非常麻烦。而在2006年时,我就享受到新科技的好处了。买或借一个好点儿的天线分析仪,做这些调整时就会事半功倍。我用MFJ-259来调整两个加感线圈以获得正确的频率;再用它调整耦合线圈,以获得最小驻波比。我建议按照下列步骤来对天线进行调整:
把天线临时固定在短点的主杆上、或者把天线放在一把人字梯上,天线位置要远离金属物体且要便于加感调整。
调整反射单元时,把反射单元临时固定在主梁上。调整加感线圈,直至谐振频率比17米波段的最小频率还要小5% 左右(17.165MHz)。把一个叉形接线端子的一只脚弄断,弯曲余下的那只脚使其可以紧紧地贴在加感线圈表面,同时还要保证它能够在线圈上轻松地滑动用于调整。把这个接线端子焊在12号多股铜线上,铜线另一端再焊一个鳄鱼夹。一旦叉形接线端子移动到位,把鳄鱼夹夹在线圈的一头,这样就把线圈一头和叉形端子间这一段的线圈给短路了。
开始时短路线圈一端6~7圈,随后把天线分析仪接入耦合线圈。调节频率直至表头可以看到一个小下陷,此时的这个小下陷对应的频率就是该单元的谐振频率。可以用在加感线圈外绕两圈的方式,把天线分析仪接入天线反射单元的耦合线圈。还可以用类似MFJ259的套件使用的小线圈,把它插入加感线圈的内部即可。
加感线圈另一端要用一段适当长度的短同轴馈线接上天线分析仪。一旦定下来蝴蝶结单元的初始谐振频率,你就知道是否需要短路更多的圈数以提高谐振频率,或者是短路更少以减低谐振频率。不断地调整搭头在线圈上的位置,直至找到所需的谐振频率。
图 4 中间支撑件的正面,包括加感线圈、耦合线圈、单元振子固定方式。图中用了两根塑料管卡来固定耦合线圈和馈线
把同样的方法用在驱动单元上调整,直至找到17米波段中间谐振频率(18.12MHz)。这一步中接在加感线圈和天线分析仪之间的2圈耦合线圈,以后是要永久使用的。
最终调节驱动单元的耦合线圈,通过移动耦合线圈在加感线圈上不同的位置,以及调整耦合线圈的松紧程度,直至找到最小SWR值。这一步是所有步骤中最关键一步,调整时需要不断的尝试。当我把耦合线圈挪到离加感线圈短路端最远处时,得到了最小SWR值。
在上述最后3个步骤中得到的读数是相互依存的,因此可能需要重复多次来得到最佳读数。当天线最终架高后,驱动单元的谐振频率可能会有所提高。正确调整后,你就会在整个17米波段得到低于1.7:1的SWR值。
一旦找到加感线圈和耦合线圈的最佳设置,就用大功率烙铁把各连接点焊接好。我用小螺丝把塑料管卡固定在驱动单元的中间支撑件上,用来固定耦合线圈和连接在耦合线圈上的一小段同轴馈线(见图4)。这个固定很重要,因为耦合线圈稍微移动下,天线的SWR值就会受到影响。
天线性能
在制作这根天线前,我曾经用一根全波段的温顿天线在17米、40米、80米和160米波段多次通联。17米波段的通联结果却不甚满意,通常只能通联到几个国内台,给的信号报告也不是很好。偶尔也能通连上几个我应答的欧洲台。
在用了这根2单元的Wonder Bar定向天线一个月左右后,我对用100W在17米波段的通联成果非常满意。天线架设高度只有30英尺,配了个电视天线旋转器,已经通联了好多美国和加拿大电台,信号报告都是59+。更让人高兴的是,在传播开通后,我现在可以轻松通联欧洲台,信号报告也在S5~S9之间。
定向天线 篇5
硕士生录取类别分为非定向就业和定向就业两种。参加单独考试的考生，只能被录取为回原单位的定向就业硕士研究生。
定向就业的`硕士研究生均须在被录取前与招生单位、用人单位分别签订定向就业合同。
神奇的“生物天线” 篇6
经研究证实，昆虫触角上感觉毛的长短与电磁波的波长有关，它们具有接收微弱红外线的能力。红外线是电磁波的一种，昆虫的触角可能是一种微弱电磁波的接收天线，而昆虫触角上感觉毛是能对红外线产生谐振的谐振器。
触角的种类很多，也长短不一，一般的长度为体长的1/4—1/2。但也有例外，天牛、纺织娘的触角超过了它们的体长，而斑灶马的触角竟然是体长的5倍多。
昆虫种类不同，触角的样子也不相同。蝴蝶触角为圆筒形;雄蛾的触角像羽毛;金龟子的触角一片片叠在一起像鱼鳃;蜻蜓触角基部的第一、二两节较粗，其余各节越近尖端越细;蜜蜂触角的基部特别长，其他各节弯向一旁，形状如弯着的膝盖;叩头虫的触角整个看起来就像一把锯子，每节都呈三角形;郭公虫触角的顶部各角，膨大成锤形。
不同种类的触角，其功能也不完全相同。除了常见的功能相当于“鼻子”外，有的触角还有听觉及其他功能。
蜜蜂的一根触角上分布着3600多个嗅觉器，每个嗅觉器内部都有很多神经末梢与脑神经相连，这使它的嗅觉特别灵敏。
蚂蚁之间能分泌一种化学物质进行“语言交流”，它们将触角当“天线”，两只蚂蚁的触角相接触时，能发出一种“电码”来互相通话，交流信息。
雌蚊子拍打翅膀产生的声音具有固定的频率，雄蚊子是用触角来感觉声音的，它的触角在特定的频率上会与同类雌蚊子发出的声音形成共鸣，让它很快找到中意的伴侣。
蟑螂晚上活动时，听到轻微的脚步声或见到灯光就敏捷地快速逃走。科学家通过实验发现，它的触角属于最敏感的一级，对极微小距离的运动都会产生信号。找食物完全靠它的嗅觉。如果剪去蟑螂的两只触角，它就会因为找不到食物而饿死。
蜗牛的头部发达，长有两对触角，一双眼睛就长在其中一对大触角的顶端;另一对小的触角，则是它的嗅觉器官。
田螺的头上有一对触角，雄性的右触角是弯曲的，而雌性的右触角却是直的。它们的左右触角为什么不一样呢？原来，田螺是雌雄异体的贝类，由于没有专门的交尾器官，雄性田螺的右触角便具备了输送精子的作用。
雄蚊子的触角特别发达，有嗅觉和听觉两种功能。触角上面生有环状排列的刚毛，基部生有“测向”器官。当雌蚊子发出350赫兹—5000赫兹频率的嗡嗡声时，声波推动雄蚊子触角上的刚毛，“感受器”随之便感知到雌蚊子声波的频率，雄蚊子就能确定雌蚊子所在的方位，于是就能准确地找到情侣。
人们一定以为，夜行性昆虫在夜里飞行时，它们的眼睛一定非常好使，实际上并非如此。它们的眼睛就是个摆设，根本看不见障碍物，其实是触角帮了它们的大忙。它们触角上大量的感觉毛，能感受到气流的压力，从而使它们敏捷地避开障碍物。昆虫这种灵敏的感觉，可比现代化的雷达探测系统还要先进。
基于定向天线信号强差的定位方法 篇7
关键词：定向天线,信号强度差,定位,最大密度
0 引言
节点定位是无线传感器网络(WSN)的关键核心支撑技术之一[1]。未知节点通过与少量已知位置信息的参考节点进行通信从而估算自身的位置。近年来,WSN定位方法研究也取得了大量研究成果。
目前,无线传感网络的定位技术主要有测距和非测距两类定位[2]。基于非测距的定位算法包括质心算法、DV-Hop算法、指纹算法等[3],这些算法无需额外硬件支持。基于测距的定位算法主要有到达时间(TOA)、接收信号强度(RSSI)和到达角度(AOA)等。在现今大部分无线传感网络定位方法研究中所使用的传感器节点和参考节点均采用普通全向天线[4,5,6,7,8],但基于定向天线的定位研究不多[9,10,11,12,13]。定向天线能有效避免多径效应的干扰,有助于提高定位精度。如董振中等[9]提出了一种基于定向天线无需测距的分布式定位算法,未知节点利用定向天线确定邻居节点之间的相对位置,在算法仿真中取得了较好的定位精度;Chia[10]研究了利用4个配备定向天线的参考节点,实现了无需测距的定位方法,降低了特定范围内传感器的硬件要求,并减少了参考节点传输范围内和感测环境中存在的障碍变化影响,但定位耗时长。值得一提的是,RAL[14]和EDOA[15]这两种定位方法以及文献[16]中的定位方法,都是利用定向天线的信号强度分布特性来确定信号到达的方向信息。根据天线的旋转来获得信号的最大强度值,出现最大值的同时也就估算出节点相对于参考节点所处的位置方向。三种方法原理简单,无需测距,定位效果也好。但RAL方法和文献[16]中的方法均需要时间旋转定向天线,而EDOA方法也需要耗时旋转反射抛物面,都只是针对静态的网络节点,不能对网络中的动态节点进行实时定位。
为解决以上基于定向天线定位系统的定位实时性问题,本文将指纹算法与定向天线相结合,提出一种基于定向天线信号强差的定位方法(LRD)。通过比较捕获安装在同一参考节点上的两相互垂直定向天线的信号强度,可以在极短的时间内确定自身相对于参考节点的方位。由已知的参考节点位置和所确定的方位信息就可以快速和准确地对待测节点进行定位估算。
1 信号强差算法描述
1.1 算法原理
如图1所示,信号发出节点为参考节点,远端黑色节点为待测节点。本文参考节点由两个普通节点组成,每个节点装有一块相同型号的定向天线,且参考节点上的两块定向天线相互垂直(构成垂直天线和水平天线)。定义待测节点到参考节点之间的连线与参考节点的定向天线轴线夹角为方位角,如果待测节点与水平定向天线的方位角大小是α,那么与垂直定向天线的方位角就是90°-α。
定向天线在水平方向图上表现为一定角度范围的电磁辐射(类似倒立不完整的圆锥),也就是所说的方向性。其主要参数为波束角,波束角是天线发射波束的张角[17],即以定向天线中轴线的延长线为轴线,由此向外至能量减少一半时的角度。显然,与天线中轴线夹角越小,接收信号强度越强;反之,与中轴线夹角越大,信号强度越弱。从理论上说,定向天线的电磁辐射范围内的信号强度大小变化规律是由天线的中轴线向两边远离中轴线的方向呈递减分布,而且由于定向线的结构对称性可知,在无明显障碍物的情况下,天线轴线两边的信号强度分布是接近对称的。
如图2所示,对单个、可旋转的定向天线信号强度分布规律进行测试(测试环境是室内篮球场)。定向天线轴线方向和坐标系横轴正方向一致,在距天线分别为1、5、10 m的位置摆放测量节点;定向天线从0°逆时针每旋转一度,测量点观测接收信号的强度值,直到旋转90°,得到0°到90°的测量值。同样地,从0°顺时针旋转90°得到-90°度到0°的观测值。考虑到实际的信号采集复杂程度,在满足定位需求的同时,我们也可以将测量的间隔设为2°,使工作量减半。
信号强度值随方位角度的变化分布如图3所示,图中每个角度的信号强度数据都是10次测量值的平均值。由图3可见,定向天线的中轴线方向测得的信号强度达到最大;距离不变时信号强度的大小随着与中轴线夹角的增大而递减,呈曲线分布,分布曲线以定向天线中轴线为轴两边近似对称分布。通过回归分析,当待测节点与参考节点的距离一定时,接收的信号强度值与方位角可以近似二次抛物函数关系。
其次,如图1所示,系统中的参考节点配有两个相互垂直定向天线。由于参考节点结构的特殊性,待测节点所接收的水平天线与垂直天线的信强差值在0°~45°与45°~90°范围内近似以点(0,45°)为对称中心对称分布,如图4所示。通过线性分析,信强差值与方位角近似满足线性关系。
根据定向天线所特有的信号强度分布规律,可以将距天线一定距离,方位角度范围在0°到90°内所接收的信号强度变化拟合成二次抛物函数。同时距离一定时可将待测节点所捕获的参考节点的两定向天线的信号强度差值与角度拟合成线性函数。根据信号强度的二次抛物函数和差值线性函数,就可以由待测节点接收两个参考节点(已知坐标)的信号强度数值来快速地对自身进行定位。
1.2 定位过程
介绍完算法基本原理,下面讲述定位的过程,包括离线建库阶段和在线定位阶段。
1.2.1 离线建库
本文将指纹定位与定向天线相结合,如同指纹定位算法一样,定位进行之前需要生成内容为函数的指纹库。在定位之前需要采集一定量的数据,分析所得数据生成对应的函数关系。所有的函数关系组成函数库,函数库生成后下载到每个待测节点,完成离线建库。为保证函数库的准确性,系统环境变换后需重新对函数库进行更新。
以下是具体的离线建库步骤:
(1)采集信号强度值:如图2所示,参考节点上装有一个可旋转的定向天线,从x轴正方向逆时针向y轴旋转,每旋转一度同时向测量节点发送带有旋转方位角α的信号。接收节点放置在x轴正向距定向天线距离d,2d,…,Md处接收参考节点的信号,一个点采集多次数据,这里定义d=1 m,M=10。接收到的信号强度值被平均后用Gkd(α)表示,其中k=1,2,…,M;α=0°,1°,…,90°。
(2)进行二次回归:对于每个距离kd的Gkd(α),进行二次回归分析,将信号强度值随方位角α的变化近似地拟合成二次抛物函数Gkd(α)。
(3)计算信号强度差值:对于每个距离kd,定义信号强度差:Dkd(α)=Gkd(α)-Gkd(90-α)。Dkd(α)值就是在方位角为α、距离为kd时,参考节点的水平天线和垂直天线在接收节点处的信强差。
(4)进行线性回归:对于每个kd,通过线性回归分析,将信强差Dkd(α)随方位角α变化拟合成线性函数Lkd(α)。
(5)存储函数:将所生成的二次抛物和线性拟合函数下载到待测节点,离线建库完成。
1.2.2 在线定位
建库完成后,下一步进入在线定位阶段。本文定位原理如图5所示,参考节点信号覆盖的范围区域内随机分布着一定数量的待测节点,待测节点接收到参考节点信号后,利用离线阶段生成的函数库求取待测节点相对参考节点的方位角α和。根据已知参考节点B1与B2的坐标位置,就可以直接求出节点自身在网络中的坐标位置,实现定位。
考虑到离线建库阶段是测量单点参考信号而生成的函数库,当进入在线定位阶段时是同时测量四个定向天线的信号。当多个定向信号同步发射时,测量值可能是多个天线信号的叠加,与真实信号强度偏离而不再适应离线阶段生成的函数模型,这样会增大定位误差。所以,在在线定位阶段尽量保证四个定向信号处于信号的非同步发射状态,避免信号强度的叠加,与单点信号采集分析模型相匹配。
以下是定位步骤:
(1)接收参考节点信号:首先待测节点必须采集到参考节点B1所发出的水平信号强度R1v和垂直信号强度R1h,以及参考节点B2发出的R2h和R2v。
(2)估算距离:对于每一个距离kd(k=1,2,…,M),都存在待测节点与参考节点B1的水平天线和垂直天线形成的两个方位角αkd和βkd。求Qkd(·)的反函数Qkd-1(·),则水平天线方位角αkd=Qkd-1(R1h),与垂直天线方位夹角βkd=Qkd-1(R1v)(αkd,βkd∈[0°,90°])。由图1可知,αkd与βkd满足关系:αkd+βkd=90°。所以可以将信号值R1h和R1v代入不同kd的函数关系式使得上一关系式最接近成立,来估算出待测节点与B1的距离,将所得距离设为kd1。与B1一样,待测节点与B2所对应的距离为kd2。
(3)估算方位角:由上一步所求的距离kd1,推算出线性函数取反函数得到,所以。同样由所求的kd2可知
(4)定位计算:求得待测节点与参考节点B1、B2水平定向天线的夹角分别为后,已知B1(0,0),B2(D,0),就可以计算待测节点的位置坐标,定位坐标如下:
其中D是B1与B2之间的距离。在这说明一下,也可以用所求的kd1和kd2来求解节点的位置。但是计算比较发现,用方位角的计算结果的精确度更高,这也就是为什么用的是角度计算而不是距离。
2 实验结果
2.1 实验设备介绍
在硬件方面,本文定位选用的节点设备是Moteiv BAT mote节点,带有8 MHz Texas Instruments MSP430微处理器(10 k RAM,48 k Flash)和传输速率250 kbps,频率为2.4 GHz的Chipcon CC2420无线收发器,内置全向天线,最大传输室内范围50 m,室外125 m。在软件方面采用一种开源的嵌入式操作系统———Tiny OS作为平台并且用nes C编程语言来实现。
实验过程中用于信号强度的采集与分析的可旋转参考节点装有一块Maxim AP-12平板天线,并且可以在步进电机的作用下实现旋转。计算机可以同时控制电机和节点,这样由传感节点、步进电机、定向天线和计算机共同构建了信号采集实验的参考节点。定位实验中用于定位的参考节点装有两块相互垂直的Maxim AP-12平板天线,平板天线的水平与垂直的波束宽度分别为65°和28°。
考虑实验场地的便利性,选择了在10 m×10 m的室内的篮球场区域进行实验。如图6所示,两个参考节点分别放置在方形区域的底端直角位置,在定位区域部分网格交点处设置了25个测量点,定位点的编号是呈漩涡分布(考虑到定位误差大小的分布)。因为图中测量点离参考节点的距离最大为12.73 m,所以在信号强度采集的时候M值设置为13,即需要在距离参考节点1,2,…,13 m的位置对信号强度进行采集和分析。为了节省时间,考虑到4块定向天线的型号一样,对天线信号强度的采集和分析只进行了一次。
2.2 实验结果分析
在距离参考节点不同距离时,所生成的二次抛物拟合函数(Q)和线性拟合函数(L)的决定系数R2的大小变化如图7所示。从图中可以看出决定系数值一直在0.96以上,也就是说拟合的函数关系非常适合表示所测量的信号强度值和信强差值随方位角度的变化关系,这是本文定位方法得以实践的前提。
对实验区域的25个测量点进行定位,设置参考节点每秒钟向覆盖的区域发送十次信号,待测节点可以在每秒钟内对自身定位10次,取10次结果的均值作为最终的定位结果。定位计算的位置与实际位置的误差累计分布见图8所示。
图9是25个定位点的定位误差(欧氏距离)大小分布。根据图6定位点的分布规律,分布在定位区域靠近中间部分的定位点的误差值比靠近边缘的定位点的误差值更小。这一现象从图3可以得到解释,因为在靠近45°位置的函数线性程度比较好,与拟合的函数(L)更近似,而使得定位误差偏小。最后,由图9中的定位实验误差计算得到平均定位误差为121 cm。
3 定位误差改进
考虑定位过程中会出现个别定位结果与整体定位结果偏差比较大,本文提出了一种最大密度(LD)的方法来降低定位误差。假设P是待测点估算的定位结果集合,如果从结果集合P中移除某些结果后存在子集P'⊆P,使P'达到最大密度,那么将P'替换P。密度ρ定义如下:
其中N是集合的基数,Dia是集合内所有定位结果围成区域的最大直径距离,可以通过求解两个位置之间的距离求得。以下就是集合最大密度确定的步骤:
(1)如果|P|<3,就返回P;
(2)通过计算出集合中某位置与其他位置之间距离的总和,将距离总和最大的元素移出集合得到集合P',计算P'的密度ρ';
(3)如果ρ>ρ',返回集合P;ρ<ρ',令P=P'后接着进行(1)。
用LD方法对使用LRD方法所取得的定位结果进行处理。经计算后,加入LD之后平均定位误差从121 cm下降到了85 cm,定位性能提升了29%。定位误差的累计分布函数如图10所示,对比两条曲线可以看到定位性能有明显改善。
同时,表1还比较了两种本文所提及的无线定位方法及定位效果。从表中可以看出本文方法不仅有较高的定位精度,而且保证了定位的实时性,定位性能有明显的改善。
4 结语
定向天线 篇8
虽然各国都根据自己的实际需求设计出了不同调制方式的导航信号, 但BPSK和BOC调制是目前所有导航系统中使用最广泛的2种调制方式。下面主要研究非合作BPSK调制信号和非合作BOC调制信号的多普勒、码速率、码周期、信号功率和码序列的检测和估计问题。为了实现对以上非合作导航信号的检测和估计, 这里使用循环谱统计量[1,2,3,4]方法实现了对信号多普勒、码速率和信号功率的估计, 并提出了基于自相关的码周期估计算法和基于滑动相关的码序列估计方法。
1监测系统结构和参数估计步骤
GNSS信号监测系统包括定向天线 (含馈源) 、带通滤波器、低噪声放大器、矢量信号分析仪和伺服等组成, 体系结构如图1所示。该系统能够接收所有L频段的GNSS信号 (频率范围为1.1～1.7 GHz) , 定向天线的波束宽度要尽可能窄, 增益要足够大, 以满足后序信号处理信噪比要求;卫星跟踪软件根据卫星星历预测卫星位置和速度, 并通过天线伺服系统控制定向天线的指向被跟踪卫星。
根据国际电联发布的卫星信号参数 (中心频率、带宽、信号强度) 设置矢量信号分析仪的中心频率、采样速率和信号动态范围。矢量信号分析仪实现信号的下变频、抽取和滤波操作, 并存储一定长度的数据。在信号检测和参数估计过程中, 首先采用循环谱估计方法估计多普勒频率和码速率, 用估计的多普勒修正采集的数据, 实现多普勒剥离, 然后采用自相关运算估计信号码周期, 采用滑动相关方法剥离电文, 最后将同相位码数据进行叠加, 估计测距码的码结构和码相位。
2GNSS信号检测与参数估计算法
2.1基于循环谱的多普勒/码速率/信号功率估计
假设基带导航信号为BPSK信号, 则其实部可以表示为:
根据谱相关理论, 可得基带BPSK信号的循环谱[1,2] (不考虑噪声影响) :
式中, fD为残存的多普勒频移;α为循环频率;Tc为码元时宽;Q (f) =Tcsinc
由式 (3) 可见, 该包络仅与信号载频、码元时宽和幅度有关, 与信号初始时间和初相无关。不难看出等式右边除第2项有较大的非零值外, 其他都为零或接近零的小值, 其中最大峰值出现在循环频率α=±2fD处, 故在频谱为零的循环谱相关密度函数包络的非零循环频率上搜索最大峰, 并确定其位置, 可估计出载频。此外, 可以看出
综上述可得GNSS信号多普勒 (载频) 、码速率 (码宽) 和信号功率估计器的表达式为:
2.2基于自相关的码周期估计
式 (1) 所示的基带信号自相关函数为 (不考虑噪声的影响) :
而其模为:
由式 (8) 可知, 基带信号自相关函数的模可以表示为数据调制的伪码序列的滑动相关, 多普勒频移对相关结果没有影响, 而由于伪码存在周期性, 基带自相关函数的模在码周期重叠部位会出现峰值。所以, 式 (8) 可以用来估计码周期。
2.3基于滑动相关和数据累加的码相位估计
完成码周期估计后, 从基带信号中取出小于码周期长度的一小段数据, 该切片数据可以表示为:
显然
基带信号与其自身切片信号的滑动相关示意图如图2所示, 当切片数据与原始数据的码对齐时, 滑动相关函数将出现峰值, 即
当fD=0时, 式 (16) 可以用来判别数据为D0的极性。然后根据Di的极性按周期翻转原始基带数据, 如图2所示。所以
τd=Td-T0。 (12)
获得τd后, 将原始数据延迟τd再按以上方法就可求解调制在样本数据上的码序列。
3仿真与验证
下面通过计算机仿真实验进一步验证以上分析的结果。仿真中的输入信号假设为一个BPSK-R (1) 信号, 码速率为1.023 MHz, 码周期为1 ms, 信号幅度假设为单位1, 信号采样率为5 MHz。信噪比为0 dB时BPSK-R (1) 信号的循环谱和f=0 MHz时循环谱α截面图如图3所示。由图可知, 在α=±2.5 MHz处出现峰值, 在α=±2.5∓1/Td MHz处出现次峰值。为了加快运算速度, 以上所有循环谱的计算都使用了基于FFT累加快速算法[5]。
综上所述, 循环谱方法能够正确估计GNSS信号的功率、载频 (多普勒) 和码速率。
BPSK-R (1) 基带信号自相关函数如图4所示, 多普勒频率为4 Hz, 信号采样率为5 MHz。显然, 图中的相关峰每5 000个采样点出现1次, 对应的码周期为1 ms。
BPSK-R (1) 基带信号的滑动相关函数如图5所示, 多普勒频率为4 Hz, 信号采样率为5 MHz。显然, 由于多普勒频率的影响, 信号出现包络特性。多普勒消除后的BPSK-R (1) 基带信号的滑动相关函数如图6所示, 信号采样率为5 MHz。显然, 消除多普勒频率后的滑动相关函数峰值基本相等, 不再存在正弦包络特性, 但相关峰依然保留数据调制后的正负特性。消除多普勒并剥离数据后100个码周期累加后的基带数据如图7所示。在起始位置4 000点左右出现幅度包络的阶越特性, 这主要是由于数据剥离过程中相位翻转导致的, 由此可以推断出码相位为0.8 ms左右。估计出的码序列与原始信号码序列如图8所示, 显然, 估计出的码序列除极性相反外, 码序列完全相同。
4结束语
上述以非合作导航信号监测为背景, 提出一套切实有效的方法实现了低信噪比条件下非合作导航信号的盲检测和载波频率、码速率、码周期、信号功率和测距码码序列的盲估计。通过仿真验证了所提出方法的有效性。
参考文献
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[3]黄春琳, 柳征, 姜文利, 等.基于循环谱包络的扩谱直序信号的码片时宽、载频、幅度估计[J].电子学报, 2002, 30 (9) :1353-1356.
[4]VADURSI M.A New Instrument Based on Cyclic SpectralAnalysis for Power Measurement in Digital TelecommunicationSystems[C].IEEE Instrumentation and MeasurementTechnology Conference Proceedings, 2008:1-6.
定向天线 篇9
关键词：八塔中波,冷调,热调,互耦
1 八塔中波天线原理
八塔中波天线由四座发射塔、四座反射塔、地网及天线的调配网络组成。相邻发 (反) 射塔之间距离为二分之一波长, 反射塔与发射塔之间的距离为四分之一波长, 馈线包括一路主馈线、两路分馈线和四路支馈线一路主馈线的一端接发射机, 另一端接主调室, 两路分馈线一端和主调室相连, 另一端和支馈线相连, 支馈线的末端通过分调室接到发射塔上, 反射塔是无源塔。通过主调室和分调室的调配网络及开关控制, 实现八塔中波天线的三个方向 (主向、左偏、右偏) 的传播, 见图1。
八塔中波天线在实际工作过程中, 发射塔和发射塔之间、发射塔和反射塔之间、反射塔与反射塔之间均存在互相感应现象。发射塔上的电流会在反射塔上产生感应电流, 反应在塔底部即产生了天线互阻抗;发射塔上的电流与反射塔上的电流均会产生电磁波辐射, 发射塔上的电磁波辐射和反射塔上的电磁波辐射相互干涉, 决定了定向天线的发射方向。与反射塔产生感应电流的原理类似, 发射塔也会在彼此的辐射场中产生感应电流及互阻抗。
天线的调配网络由阻抗匹配网络和移相网络组成。匹配网络的作用是将天线阻抗与馈线的阻抗相匹配, 使发射机输出功率最大限度地辐射出去 ; 移相网络的作用是使该路电流滞后相应的度数, 从而实现八塔中波天线的偏向发射。
2 八塔中波天线的冷调和热调
八塔中波天线不工作时的单个发射塔的静态输入阻抗和八塔天线都工作时的单塔天线的运行输入阻抗是不一样的。在没有调匹配前, 中波天线阻抗和馈线阻抗是不匹配的, 连接馈线的发射机将开不起功率。为了满足发射机工作条件和提升天线的发射效率, 需要通过天线调配网络将天线的运行阻抗调配到馈线的特性阻抗上。为此, 先要对单个发射塔静态输入阻抗进行网络匹配调试 (这时的调试称之为冷调) , 才能使发射机小功率开起来, 当可以使八个发射塔天线处于小功率运行工作状态时, 对单个塔的运行阻抗进行匹配调试, 这种状态的调试称之为热调。
八塔天线冷调时, 可以用网络分析仪进行调试, 此时网络分析仪的信号只加在这一个发射塔上, 此时其他几个塔都处于无源开路状态。八塔天线热调时, 发射机加小功率, 四个发射塔天线上均有激励电流, 由于天线之间的感应与耦合作用, 每个发射塔底部阻抗由自阻抗与互阻抗两部分组成, 这时测出的阻抗叫天线的运行阻抗, 应根据此天线的运行阻抗调整匹配网络元件值, 使其与馈线的特性阻抗匹配。在带电调试某一个塔的匹配网络的过程中, 被调试的塔匹配前后的运行阻抗发生了变化, 塔上电流也会发生变化, 由于互感, 其他塔的电流也会发生变化, 导致其他塔的运行阻抗也会跟着发生变化, 因此对四个发射塔的运行阻抗的匹配调试是一个不断逼近的调试过程。我们以某台频率为1296k Hz的八塔中波天线调试为例进行分析。
某台八塔中波天线要求实现三个方向 (主向、左偏17°、右偏17°) 的发射。主向发射时的匹配网络只需要阻抗匹配即可, 要实现偏向发射, 主调室和分调室的匹配网络需带有移相网络。对于左偏, 发射天线自左至右, 1# 塔和3# 塔的分调室匹配网络带移相网络, 2# 塔和4# 塔调配室的匹配网络不带移相网络;对于右偏, 2# 塔和4#塔的分调室匹配网络带移相网络, 1#塔和3# 塔调配室的匹配网络不带移相网络;同时在主调室共用一个移相网络, 使得发射塔天线上的电流相位依次相差61.3°。
3 八塔中波天线的冷调
在对发射塔进行冷调之前, 首先要调反射塔调配室网络, 使发射塔的主向辐射最大, 见图2。
3.1 发射塔主向匹配网络的冷调试
反射塔调好后, 要对发射塔进行调试。首先要测量单个发射塔的底部阻抗, 这时各反射塔处于纯阻状态, 其他发射塔处于开路状态。并在支馈线的馈线端口处进行调试, 匹配网络见图3, 调试结果见表1。
3.2 发射塔偏向不带移向网络的匹配网络的冷调试
和主向匹配网络调试一样, 1#、3# 发射塔的不带相移的右偏匹配网络, 2#、4# 发射塔不带相移的左偏匹配网络也可以类似调出, 使它们的阻抗值实部均调到150 左右, 虚部0 左右。
3.3 发射塔偏向带移向网络的匹配网络的冷调试
调试带移相网络的匹配网络, 要先对移相网络进行调试。移相网络在原设计中是在一个线圈上有两个独立的T型移相网络, 但是在调试的过程中发现这个双T网络很难调, 毕竟线圈的电感与线圈长度不是线性关系。后来我们在一个线圈上用一个T型网络实现这两个T型网络的移向度数, 见图4, 这样很容易把移相度数调出来。这时再调好匹配网络, 把阻抗调到实部150 左右, 虚部0 左右。
3.4 主调室主向匹配网络的冷调试
左右两塔出来的150Ω 分馈线并联到75Ω 的分馈线上, 进入主调配室并在主调配室合并, 合并阻抗为37.5Ω, 实测为 (30.3+j24.6) Ω。 算出共轭匹配的电感电容, 接入匹配网络后, 用网络分析仪在机房发射机出口处调匹配, 匹配网络微调后机房端主向阻抗为 (75.2-j0.56) Ω, 见图5。在机房75Ω 分馈线端、75Ω 合并端、及经匹配网络调配后与75Ω 主馈线连接后机房端测得的阻抗见表2。
4 八塔中波天线的热调
经过了上面的匹配网络和移相网络的调试后, 八塔天线的三个发射方向基本具备了热调的条件, 发射机可以加上小功率, 从而可以对八塔天线进行运行阻抗的调试, 也就是热调。
4.1 主向、左向、右向发射时各发射塔调配室的热调试
发射机功率加到2k W, 在连接发射塔的匹配网络和支馈线之间接上运行阻抗电桥, 这时可以测量到前面匹配网络冷调到150Ω 后加功率时的运行阻抗值, 见表3 第三列。热调到 (150-j0.26) Ω 后, 去掉功率, 用网络分析仪复测, 这时的发射塔静态阻抗见表3 第四列。
第一遍热调时, 各个发射方向均热调到了 (150+j0) Ω, 但是由于调试某个塔的匹配网络时, 阻抗状态发生了变化, 塔上电流分布发生了变化, 引起其邻近的各发射塔的互阻抗发生了变化, , 表现在馈线端的输入阻抗也发生了变化, , 因此, 在复测第一次调好的运行阻抗时, , 阻抗已经偏离了150Ω, 要对运行阻抗进行第二遍调试。因此热调匹配阻抗网络是一个逐渐逼近的过程, 要循环调试多遍才能调到我们所需的 (150+j0) Ω。如果有条件可以同时上多台运行阻抗电桥同时调配。
4.2 主向、左偏、右偏发射时主调配室的热调试
对各分调试热调完之后, 就可以开始对主调室进行热调。
我们在机房的发射机出口端看各方向的匹配情况。断开发射机的连接, 把网络分析仪连接到发射机的出口端, 主调室未调前, 各个方向的热阻抗见表4。
先调主向匹配网络, 将Z主调至 (75.287-j2.62) Ω (ρ=1.036) , 然后仍然通过调匹配网络, 把左偏Z左调至 (73.7-j8) Ω, 这时主向的阻抗Z主为 (80.376+j3.73) Ω (ρ=1.09) 。调左右偏时不再动主调室的匹配网络, 通过调移相网络调左右偏的匹配。调移相网络时在机房交替看左偏、右偏的阻抗, 这次调试结果见表4。
5 发射场型的测试
八塔天线的三个方向匹配网络调完之后, 对八塔天线的发射场强进行部分测量。我们测了几个点的场强 (场地限制不能测更多的值) 。
(1) 天线左偏、主向、右偏发射时, 在主向方向距天线中心1.29 km处的场强值分别是131.6 d BμV/m、136.8d BμV/m、132.0 d BμV/m ;
(2) 左偏158°发射时, 在距天线发射中心1.32km处, ±3°的场强值, 见表5。
由上面的场强测量数据可以看到, 天线的主向和偏向发射都是在各自的方向上发射场强最大。
6 结束语
八塔中波多向天线的调试是一项复杂的工程, 既要冷调, 又要热调, 不但要对反射塔、发射塔的阻抗匹配进行调试, 对于有偏向发射要求的, 还要增加移向网络的调试, 并通过场形测量来调整移相网络的移相角度, 使其达到设计要求。
通过此次对多向发射八塔中波天线的调试, 我们改进了调试测量方法, 为后续相同形式天线的调试积累了成功经验。
参考文献
[1]何大中.广播电视技术手册第一分册天线.国防工业出版社, 1990.
定向天线 篇10
Ad Hoc网络是一种特殊的无线移动网络。网络节点不仅具有普通移动终端所需的功能,而且具有报文转发能力。与普通的移动网络和固定网络相比,它具有无中心、自组织、多跳路由、动态拓扑的特点。
Ad Hoc网络的无线通道是多跳共享的多点信道。在Ad Hoc网络中,可能会有多个无线设备同时接入信道,导致分组之间相互冲突,使接收端无法分辨出接收到的数据,导致信道资源浪费,吞吐量显著下降。为了解决这些问题,就需要MAC协议。通过一组规则和过程来更有效、有序和公平地使用共享媒体。因此MAC协议可以说是Ad Hoc网络的关键技术之一。
1 无线MAC协议面临的关键问题
目前关于Ad Hoc网络的研究重点大多为节点配备的是全向天线[1],大多数MAC协议的设计都是基于全向天线进行的。但随着定向天线应用范围的增大,尤其是在军事应用领域,设计适用于定向天线的MAC协议非常必要[2,3,4]。定向天线是利用数字技术形成天线波束进行通信的发送与接收。使用定向天线可以提高信道利用率,减少干扰。虽然基于定向天线的接入协议提高网络的整体性能,但也带来了一些新问题。譬如,隐藏终端与暴露终端问题、聋节点的产生、有效的邻居发现问题等。
为尽可能实现空间重用,简化控制策略以保证较短的建网时间和较高的通信效率,本文通过对隐藏终端和暴露终端的分析,针对现有的MAC协议中不同特性,提出相应的改进方法。
2 现有基于定向天线的MAC协议
定向天线应用于Ad Hoc网络中,目前,接入协议(MAC)可分为两类,分别是基于“竞争”的MAC协议和“无冲突”的MAC协议[5,6,7]。
基于“竞争”的MAC协议有:ALOHA,CSMA,MACA(Multiple Access with Collision Avoidance),MACAW(MACA F0or Wireless),F0AMA(F0loor Acquisition Multiple Access),BTMA(Busy Tone Multiple Access),DBTMA(Dual Busy Tone Multiple Access)等。
“无冲突”的MAC协议主要有:基于FDMA,CDMA,TDMA的多址协议、基于节点轮询或令牌环的多址协议等。
竞争型的MAC协议采用竞争方式使用无线信道,在发送过程中产生冲突时,就按照某种机制重发数据,直到数据发送成功或者放弃发送。在Ad Hoc网络中,多采用按时隙退避和RTS/CTS两种机制,能有效地避免冲突。但是,基于竞争的MAC协议存在一个显著的缺点,即协议的公平性或服务质量无法得到保证,采用ALOHA协议访问方式最简单,但信道的利用率也最低,在高负荷下约为18%[9]。
2.1 ALOHA协议
虽然天线波束具有方向性,但其信号覆盖范围仍是一个半顶角约为5°的锥体,有可能发生冲突与隐终端问题,如图1所示。
假设V6正与V7定向通信,没有收到V5和V2间的握手信息,当V6向V2发送RTS,由于V2正与V5通信,从而在V2处发生冲突,当V2向V5发送全向CTS时,由于V1在V2全向发送范围之外,收不到V2的全向CTS。如果V1在V5和V2通信期间向V2发送定向RTS,则在V2处发生冲突。V6和V1即为V2的隐藏终端。
2.2 CSMA协议
CSMA协议的监听机制部分解决了冲突与隐终端问题,但也带来了暴露终端问题,如图2所示。
假设首先由V1用频率F0向V2发出握手请求,该握手请求信号既能被节点V2收到也能被节点V4收到。如果此时V4需要建立至V3的连接,依据CSMA协议,V4不能以频率F0发起与V3握手过程。事实上由于V1没有位于以V4为顶点、V4V3间连线为轴、α为半顶角的锥形区域,不会产生F0频率冲突,V4“可说但不能说”,形成暴露终端现象。
3 改进的CSMA协议
基于CSMA协议的讨论,CSMA协议未充分利用定向天线网络的天线信号方向性特征解决频率冲突和隐终端现象,可能会形成严重的暴露终端现象。这里提出改进的CSMA协议,进一步解决暴露终端现象。改进规则如下:
(1) 空闲节点记录Δt时间内监听到的最后一次(或前两次)用频率F0进行握手的节点,比如节点V0,称为可能冲突节点。
(2) 任何节点用频率F0发出握手信息时(请求、应答及确认),首先解算自身的可能冲突节点是否会落入波束信号的椎体内。若是,则退避,否则用频率F0发出握手信息。协议规定仅在可能冲突节点确实发生冲突时退避,如图3所示。
假设节点V1首先用频率F0向V2发起握手请求,该握手请求信号同时被节点V4收到,因此在Δt时间内节点V1成为节点V4的可能冲突节点。如果在Δt时间内节点V4需要建立至V5的连接,V1落入以V4为顶点、V4V5间连线为轴、α为半顶角的锥形区域,此时可能冲突节点V1成为V4的必然冲突节点,V4必须退避;如果在Δt时间内节点V4需要建立至V3的连接,V1没有位于以V4为顶点、V4V3间连线为轴、α为半顶角的锥形区域,此时可能冲突节点V1不是V4的必然冲突节点,V4完全可以用频率F0向V3发出握手信号。
改进CSMA协议较好地解决了频率冲突、隐藏终端和暴露终端现象,但增加了协议复杂性和节点工作负担:
(1) 空闲节点必须记录Δt时间内监听到的最近一次(或前两次)用频率F0进行握手的节点信息,即可能冲突节点的信息,增加了节点需存储信息量,但信息仅属于节点局部信息而非全局信息,未增加需要全网广播的信息量。
(2) 节点以频率F0发送握手信息前要解算可能冲突节点是否为必然冲突节点,加重了节点运算负担。
4 三种协议性能的理论分析
分析MAC协议的性能,一般用吞吐量S和网络流量G两个参数来衡量。吞吐量S为在帧的发送时间T内成功发送的平均帧数;网络流量G为在T内总共发送的平均帧数(包括发送成功的帧和因冲突未发送的帧)。
它们之间的关系为:
而:
假设网络中节点的数量很大,数据包发送成功概率P服从泊松分布,即θ(t)=λe-λt,其中,λ为平均帧的发送率,λ=G/T0。
所以有:
在纯ALOHA协议中,吞吐量S=Ge-2G,当G=0.5时,S有极大值,S≈0.184。
在CSMA协议中,吞吐量为:
式中α为信道延迟;若忽略信道延迟时,则
在改进CSMA协议中,引入了“可能冲突点”和“必然冲突点”两个概念,只有当一个节点是另一节点的“必然冲突点”时,则必须退避。
在解算“可能冲突点”与“必然冲突点”中,各节点相同频率的天线波束为顶角是θ的近似椎体。则:
P{发送成功}=P{结点不是必然冲突点}
=P{结点未落入近似椎体范围内} (4)
可知节点有效传输半径为R,则N=λπR2,表示在半径R内平均节点数;λ为单位面积内平均节点数。S(P,N,θ)表示一个节点在一个时隙内平均成功传输的分组数,其中θ是定向天线波束的顶角。
节点成功发送需要同时满足的条件:本节点发送且成功,其次至少在本节点传输区域内有一个节点。则:
在给定N和θ的情况下,使S(P,N,θ)最大的P值为:
5 仿真结果及分析
采用Matlab仿真软件进行仿真分析,仿真设计如下:
仿真环境:Matlab 7.1。仿真条件:比特率为512 Kb/s,码率为256 KSPS,帧长为128,网络传输区域为100 km×100 km。节点个数:24个节点。
仿真内容及结果:网络负载流量、网络吞吐流量。
比较纯ALOHA、CSMA、改进CSMA协议在网络负载、吞吐量、冲突概率等方面的性能差异,仿真结果如图4～图6所示。
由于纯ALOHA协议发起通信的节点不需要监听信道,发送节点如果超过一定时限未收到应答,则认为发生了冲突,等待一定间隔重试,直到发送成功为止。没有采取任何冲突避免的策略,而CSMA协议和改进CSMA协议采用了信道监听和引入判断冲突点机制来避免冲突,所以从图4～图6中可以看出,改进CSMA协议和CSMA协议相比纯ALOHA协议在相同网络负载量的情况下,吞吐量得到提高。
6 结 语
采用定向天线的Ad Hoc网络中,MAC协议的设计受到节点位置的限制、定向天线特性、实际不同网络的拓扑结构、信道特点等因素的影响。
本文结合CSMA协议机制进行改进,针对采用定向天线的Ad Hoc网络中节点通信产生的冲突、隐藏与暴露终端问题进行研究,改进CSMA协议能较好地解决频率冲突、隐藏终端和暴露终端现象。但这个方法又增加了算法的复杂性,增大计算量或者增加硬件实现的复杂性等等。因此,提出能广泛应用,性能较好,灵活性较强地解决隐藏和暴露终端问题的方法,以及设计能达到某一特定要求的高效解决算法是下一步需要研究的重点。
参考文献
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[5]CHOUDURY Romit Roy,VAIDYA Nitin H.Deafness:aMAC problem in Ad Hoc networks when using directionalantennas[R].[S.l.]:[s.n.],2003.
[6]CHOUDHURY Romit Roy,YANG Xue,RAMANATHANRam,et al.Using directional antennas for medium accesscontrol in Ad Hoc networks[C].USA:InternetworkResearch Department BBN Technologies,2002.
[7]KO Young-Bae,SHANKARKUMAR Vinaychandra,VAIDYANitin H.Mediun access control protocols using directionalantennas in Ad Hoc networks[C].USA:Internetwork Re-search Department BBN Technologies,2002.
[8]邓晓燕,李红信,童圣洁.基于OPNET的随机接入协议网络性能研究[J].微计算机信息,2008,24(33):94-96.
[9]TANENBAUM Andrew S.计算机网络[M].潘爱民,译.4版.北京:清华大学出版社,2004.
[10]张铭,窦郝蕾.OPNET Modeler与网络仿真[M].北京:人民邮电出版社,2007.
定向增发的玄机 篇11
东方富海、达晨创投、高盛、软银赛富亚洲、诺基亚成长伙伴基金、天津德厚投资基金、泰山投资、KTB等多家投资机构的参与，使得定向增发成为2009年PE圈的热点之一。第一季度，江苏瑞华等斥资2亿元增资晋西车轴；3月25日。瑞华再度出手力源液压，格外显眼。通过定向增发获得上市公司股权是一种，试图以该方式实现投资项目的退出又是另外一种。
在众多PE涌向定向增发的过程中，达晨创投就试图采用一个巧妙的方式实现退出。然而，这个过程也充满了变数，并折射出诸多操作风险。
达晨创投的算盘
2008年，达晨创投完成了18家企业的投资，实际投出去的金额达4.2亿元。虽然没有受到金融危机直接冲击，但一方面是快速投资的进行，另一方面是退出的压力。
这次，达晨创投投资的某软件服务相关公司成为主角之一。为了实现对该公司的退出，达晨创投锁定了用友软件。
用友软件确立了2009年稳健积极的业务增长策略，全面推进实施“中国企业转型升级加速器”计划。在该计划中，用友软件为实现稳健积极增长，确定了相应的关键任务：抓住机会，积极实施合适的并购。
根据用友软件2009年的目标，面向中高端企业的管理软件u9今年应至少应用到100家企业。如果能通过定向增发实现对同业优质公司的并购，提高营业利润，对于用友软件来说将是一箭双雕。用友软件积极寻找并购目标，被达晨创投视为退出机会。
达晨投资的该软件服务公司，正好符合用友软件“未来针对行业互补性软件企业的投资并购”的目标。如果用友的定向增发顺利实施。对于参与各方来说，都是多赢——用友的盈利能力增加，该公司可以获得更大发展空间，达晨创投顺利实现退出。
具体操作是，用友软件通过定向增发，可以获得该项目公司的优质资产，而该项目公司股东以公司资产换得用友软件的新增股份。达晨创投作为该项目公司股东，就可以在IPO停滞的情况下，实现另一种形式上的退出。虽然根据规定，项目公司的大股东一般需要锁定三年，而PE作为项目公司的小股东，在获得上市公司股份一年后，就可以退出。然而，现实并不是预料中的顺利。
“价格是关键。”达晨创投执行总裁肖冰这样表示。比如，项目公司净利润水平能够达到5000万元，而上市公司的市盈率为30倍，如果收购价格打9折，项目公司的“上市价值”可达13.5亿元，双方就可以在此基础上进行谈判。
“除了双方的利益分配出现一定分歧之外。对于股票就相当于现金的观念，虽然在国外是并购的主渠道，但在国内，很多人并不认同。”达晨创投投资总监傅忠红告诉记者。这成为该事宜推进的一个暂时障碍。
定向增发吸引力
“一般来说，对于vc、PE参与的定向增发，主要是因为上市公司的业务与其投资的项目公司有关联，双方有一定合作空间，经双方管理层仔细沟通之后，双方才会进行定向增发。”深圳创新投资集团北京总经理刘纲告诉记者。
从2008年10月以来，A股的IPO基本处于停滞状态，众多PE无不为退出渠道发愁。但另一方面，上市公司股票所具有的良好流动性，使PE看到了困境中的希望。热衷于定向增发也就不难理解了。除了退出渠道、促进投资公司的发展之外，隐藏在背后的财富效应也使众多投资机构趋之若鹜。
2009年3月25日，力源液压增发成功，其中江苏瑞华投资以10.5元获配1600万股。4月9日该股股价涨至19.825，短短10个交易日内，瑞华账面获利1149亿元。
“一些私募股权机构在产业整合和资本市场上所拥有的资源，能够为上市公司的发展带来极大益处，这也是其他普通投资人无法比拟的。目前A股的一些上市公司业务成熟、成长性好，但价值被低估。”麦格理投资顾问集团中国区高级副总裁Julian告诉记者，从上市公司方面看，对PE参与定向增发总体持接纳态度。
冷面定向增发
“企业定向增发与借壳一样，同样需要经过尽职调查、资产评估、财务预测、监管层批准等几个重要步骤。首先，如果价格不是十分诱人，不能保障股东利益，收购很难获得股东大会的同意；其次，对于收购双方来讲，还要使收购价格及方案同时获得双方管理层的一致意见，这往往也很难做到；其次，还要符合国家相关规定。”刘纲表示。
风险之一：证监会审批。
根据规定，定向增发价格不得低于定价基准日前20个交易日公司股票均价的90％；增发新股募集资金量不超过公司上年度未经审计的净资产值。一旦需要证监会审批，则由于审批周期、上市公司信息披露不充分等原因，容易导致尽职调查困难。根据安永研究报告，目前在中国完成单笔并购交易大约为12--24个月，而发达市场这一过程仅需3--9个月。
高盛曾在2006年11月15日参股阳之光。11月20日是福耀玻璃，11月24日又投资美的电器，创下10天之内连续参股3家国内上市公司的PIPE纪录。但这三笔交易都因为人股价格过低，没有得到证监会的批准。
风险之二：双方价格预期差异过大。
上海创业投资管理公司的董事长陈爱国曾公开表示，产业资本和上市公司双方的价格分歧也会加大并购的难度。他认为产业资本当前的并购市盈率可能不会超过5倍，但和上市公司之间则可能难以达成一致。
KTB虽然在2008年曾经看过三四个定向增发的项目，但是由于双方管理层“对结果的期待差异过大”，最终并没有走到一起。“一般企业进行定向增发。往往是企业的基本面不错，公司有扩张的需求，但在双方实际洽谈过程中。对于价格预期存在很大分歧；此外，由于定向增发会造成股权稀释，因此很多企业更愿意考虑企业债或者贷款。”KTB投资集团合伙人安宝信告诉记者。
风险之三：国内金融大环境并不成熟。
定向天线 篇12
随着科学技术的飞速发展和人们生活现代化的进程加速, 无线通信已经深入我们的生活, 成为必不可缺的一部分, 通信系统对天线的要求也越来越高。当今信息化社会的主要技术手段就是无线通信, 天线作为通信系统中发射和接受信息的主要承担者, 对其研究也越发的深入。不仅是民用部分, 甚至在现代军事中, 对天线的应用和重视程度也越来越高, 用在定位系统和无线信号的发射和接收上。综上所述, 移动天线和高增益基地天线的研究有着重大的意义, 不仅对民众的移动天线体验效果有着重大的影响, 影响着广大用户的移动通信, 还对我国的军事发展和安全有着重大的意义。所以, 必须加快研究, 跟上时代步伐, 使移动天线和高增益移动天线更好的为人民和国家服务。
2 高增益天线的性能和应用
天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向首发信号的能力。天线的方向图与增益有着密切关系, 方向图主瓣越宽, 副瓣越大, 增益越低。通俗的说, 就是天线主瓣覆盖的宽度与天线的增益是反比例关系。高增益天线与普通移动天线的区别就是其主瓣的宽窄, 所以高增益天线的发射距离更远, 发射角度比较大, 更方便接收。另外, 高增益天线加强了信号的穿透力, 相对于传统天线其辐射方向更为狭窄, 在某些方向上的辐射较为集中, 体现为方向上的增益。所以, 高增益天线因为其特殊的性能, 在一些有特殊要求的领域有着不可替代的作用。即使是生活中最简单的例子, 比如Wifi无线增益就是为了加强其信号的穿墙能力, 使使用者有更好、更快的体验, 再比如无线电台的增益, 小范围的使收听者有了更好的听觉体验。往大了说, 包括国家的无线通信和一些工程的专业领路, 甚至是在军事中, 高增益天线都有着很大的应用, 发挥着其不可替代的作用。
3 移动天线和高增益天线的区别和应用范围的选择
普通天线和高增益天线最基本的区别就是其主瓣的宽窄, 这直接决定了天线是否是高增益。普通天线增益低一些, 距离近一些, 但是其波瓣宽度, 也就是对四周覆盖范围更大了一些。典型的就是生活中的卫星天线, 其增益很高, 但是只能对正前方有效, 角度相对很小。然而基站的定向天线却可以覆盖120度的范围, 虽然在信号的强度方面不如高增益天线, 信号穿透力也不是很强, 但是却可以在覆盖的角度范围上完全胜出高增益天线。这是两者的一个基本区别是根据天线的用途进行区分的, 分别为了基地台天线和移动台天线, 效果上等同于高增益基地天线和移动天线。移动天线波瓣宽度, 即对四周的覆盖范围较大, 但其收发距离和天线增益较低, 而高增益天线工作过程中为了提升天线增益和天线的覆盖范围, 在一定程度上牺牲了波瓣宽度, 两者应用设计方向上存在本质的差别。
另外, 普通天线倾角度调整方式与高增益天线存在一定的差别。普通天线极化方式较为简单, 主要通过机械调整或电子调整对其倾角度进行改变, 利用天线背面支架及共线阵天线振子相位达到天线收发信号方向的调整。上述调整过程中天线倾角度改变, 信号垂直分量及水平分量的幅值大小随之变化, 合成的信号场强亦随之发生改变, 导致天线垂直图在一定程度上下倾。这种倾角度改变可以明显提升天线方向图效果, 在保证基本图像不变的情况下缩短了主瓣方向。而高增益天线主要为收发双工模式, 由组合成的极化天线同时工作, 一般不需要对倾角度进行调节。高增益天线运用过程中具有可以通过特殊的天线结构直接达到天线角度的改善, 可以有效降低系统呼损和外部干扰, 从本质上提升了系统的服务质量。
天线作为通信体统的重要组成部分, 其性能的好坏直接影响通信系统的使用效果。所以, 在选择天线的时候一定要先考虑其性能。具体有两个方面, 第一是选择天线的类型, 第二是天线的电气性能。选择天线的类型在于选择的天线的方向图应符合系统设计的要求, 包括其方向角的范围和所辐射的长度范围。选择天线电气性能的意义在于使选择的天线的频率宽带、增益。额定功率等电气指标达到系统设计的需求。因此, 用户在选择天线时一定要谨慎, 考虑自己的实际需求是什么。一般来说, 移动通信系统中基站位置是固定的, 服务对象数量众多, 所以为它配置的天线应具有高性能和满足一些特定的条件, 这和基地天线的要求是一致的。特定的条件指的是:为了节省发射机的功率, 基站天线应具有尽可能高的增益。天线能工作在多个频段或具有更宽的宽带。天线辐射方向图能满足要求, 使基站覆盖整个服务区。天线与收发设备之间具有良好的阻抗匹配。天线的体积尽可能小, 结构紧凑。然而, 对于移动天线, 要求相对就不是那么高, 主要应用于个体生活, 比如普通群众的路由器。高增益天线在无效方向上的辐射功率较低, 信号输入功率利用率高, 也就是信号指向性更好, 但是天线本身不会增加信号的总输出功率, 所以普通群众在路由器的应用中, 使用低增益的天线就可以满足需求。
综上所述, 用户在选择天线的时候, 一定要依照实际需求和最优性价比来选择自己的天线, 依照移动天线、高增益天线之间的差异确定最优天线体系。该过程中用户可以适当向厂家咨询, 根据商家提供基本信息选择天线的增益, 或者挑选进口和国产的天线。这样才能做出最明智的选择, 根据天线的性能不同来满足自己不同的要求。
4 结语
天线在我国的发展正处于上升的阶段, 不仅是一些技术公司加强了对这方面的研究, 甚至国家也重视起天线的作用。天线的应用现在极其广泛, 从普通人的移动通信对天线的依赖, 到国家的军事方面对天线的应用, 无不体现了我们离不开天线技术。所以, 我们更应该加快对天线研究的步伐, 深入对其技术的研究, 跟上时代的步伐, 这样不仅能够最大程度的改善民众的使用体验, 也能加强国家的军事力量。
参考文献
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