MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用第9章天线及智能天线仿真试

来源：网络收集时间：2026-08-24

导读： MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用第1章概述第2章 MATLAB仿真第3章 MATLAB的仿真测量仪器第4章电子线路仿真试验第5章数字通信系统的仿真第6章信号处理第7章通信系统差错控制仿真试验第8章扩频通信的仿真试验第9章天线及智能天线仿真试验第10章声学

MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用第1章概述第2章 MATLAB仿真第3章 MATLAB的仿真测量仪器第4章电子线路仿真试验第5章数字通信系统的仿真第6章信号处理第7章通信系统差错控制仿真试验第8章扩频通信的仿真试验第9章天线及智能天线仿真试验第10章声学仿真试验

第9章天线及智能天线仿真试验

第9章天线及智能天线仿真试验9.1 全向天线的波束下倾 9.2 天线阵的波达方向估计

9.3 天线阵的波束形成

第9章天线及智能天线仿真试验

9.1 全向天线的波束下倾 9.1.1 全向天线的波束下倾的基本原理 广播用的发射机天线建在天线塔上，希望覆盖广大的地域。在覆盖区的边沿，由于距离远，地球表面弯曲，电

磁波场强衰减很快，因此为了有效地覆盖既定的区域，保证区域内场强不低于特定的值，通常采用波束下倾的方法，将轴向排列的半波振子天线，通过调节天线的轴向间距、

馈电的相位，使得轴向天线阵列的方向图实现波束下倾。

第9章天线及智能天线仿真试验 图9-1所示是轴向排列的半波振子天线的结构图。阵元之间的距离是d,垂直轴线与电磁波辐射方向的夹

角是θ,相邻阵元馈入信号的相位差是α,相邻阵元发出电磁波到达同一地点的程差是dcosθ,相邻阵元发出电磁波到达同一地点的相位差参看公式(9-1)。

E E 0(1 e j e j 2

d cos 2

... e j ( n 1) )

(9-1)

第9章天线及智能天线仿真试验

图9-1 轴向排列的半波振子天线阵元间的相位差

第9章天线及智能天线仿真试验 9.1.2 仿真实现 根据以上讨论，编写出绘制轴向排列天线阵列的

方向图的程序。程序9-1 %均匀轴向排列(8阵元)线状天线阵 lam=1;%波长 t=[0:.01:2*pi];

d=.6;%阵元间距a1=-1;%阵元馈入信号的相位差即α

第9章天线及智能天线仿真试验 ps=(d*2*pi*cos(t)/lam)-a1;%阵元发出电磁波到达同一地点的相位差

f=abs ( 1+ ( exp ( j* ( ps ) ) ) + ( exp ( j*2*(ps)))+(exp(j*3*(ps)))+...(exp(j*4* ( ps ) ) ) + ( exp ( j*5* ( ps ) ) ) + ( exp ( j*6*

(ps)))+(exp(j*7*(ps))));%8阵元信号的叠加，然后取绝对值 T=t+pi/2; polar(T,f)%绘极坐标图 程序运行后得出的方向图如图9-2所示。

第9章天线及智能天线仿真试验

图9-2 轴向阵列波束下倾的仿真图

第9章天线及智能天线仿真试验

9.2 天线阵的波达方向估计9.2.1 原理 全向天线不仅利用率不高，而且对各种信号不加区别地接收，降低了通信质量。定点无线通信采用定向天线，大幅度地改善了通信质量。面对众多移动用户的公众通信网基站和专用移动通信网，采用天线指

向即波束可变的天线(智能天线),可以使移动通信的通信质量得到很大的改善。

第9章天线及智能天线仿真试验 为使天线

的波束指向可控，甚至形状可控，采用阵列天线是合适的。在距离通信源足够远的空间里，可以将到达的电磁波视为平面波。对于等距离直线阵天线，由于调制在载波上的基带信号码元宽度与波速的乘积远大于天线阵列的尺寸，因此多个天线阵元上的信号的幅度可视为不变，而它们的载波的相位差则取决于其相互位置、尺寸、波长和到达方向。图9-3所示是智能天线的原理框图。天线接收的无线电信号中有许多成分，其中有我们关心的S信号。天线阵列各个阵元接收的电磁波信号因为阵元排列位置的不同带来相位差。

第9章天线及智能天线仿真试验 经过特定参数的加权控制器w处理后，进一步改变了各个阵元输出信号的相位和幅度。处理的目标是使

得阵元输出的信号和Y中的S成分具有最大输出。用S信号作为基准信号，反馈控制单元的功能就是将输出信号Y与基准信号S的差值(即误差信号ε),作为调节

控制加权控制器w参数的依据。反馈控制的结果是使ε减小，Y中的S成分加大,也就是说,天线阵列接收方向图指向了S信号的方向。图94所示是等距离直线阵智能天线的原理框图，图9-5所示是等距离直线阵的三维图。 

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