天线阵列的常见天线阵列的特性
（1）直排阵列直排阵列是垂射阵列的一种类型，各天线元的轴沿着同一条直线放置。以半波偶极子直排阵列为例，所有天线元在阵列主轴方向上都没有能量辐射，因此在这个方向上没有信号；但在阵列的一侧所有天线单元都有能量辐射（要考虑相位问题）。直排阵列天线安装时，通常是主轴垂直放置。它们在水平方向上是全方向性的，但是在垂直平面内的辐射角较小。因此，它们适合制作很好的移动无线系统基站天线。许多蜂窝无线系统和PCS系统的基站使用的是直排阵列。（2）垂射阵列将天线单元按多列同向排列，阵列的主轴与单元的主轴垂直，也能组成一个垂射阵列，安装时使主轴垂直放置。次阵列中天线元虽然不是直排的，但仍然是同相位。与直排阵列不同的是它们的极化方式。以偶极子天线阵列为例，相邻天线元间距为半个波长，并且馈线交叉连接。直排阵列是垂直极化天线，而垂射阵列是水平极化的。（3）端射阵列以偶极子天线为例，将上述垂射阵列中各相邻天线元的馈线交叉连接改为平行连接，使得与每个天线元前后相邻的两个天线的相位差为180度，因此来自一个天线元的辐射在垂射方向上与相邻的辐射抵消，在离开天线端点的方向上，来自天线元的所有辐射将叠加起来。这种天线安装一般使其主轴水平，并使其辐射处于一个方向上。这种天线的极化方向取决与所使用天线单元的极化方向。（4）绕杆式天线以偶极天线元为例，绕杆式天线在水平面内获得全向的性能，并且极化方式是水平的。偶极天线的馈电相位之差是90度。绕杆式天线经常用于FM广播接收，在这种应用中，绕杆式天线不需要转子就可以在各个方向上表现出合适的性能。（5）对数周期偶极天线阵列这种天线的阵元是偶极天线，其中最长的偶极天线元的长度是最低工作频率的半个波长，最短的天线元长度则小于最高工作频率的半个波长。平行馈线与天线的窄端相连，功率可由交叉连接的网络馈电到其他偶极天线。 八木-宇田天线阵列是最为常用的无源天线阵列类型。它具有一个被驱动的天线元，该天线元后面有一个反射器，前面有一到多个导向偶极天线。反射器的长度略长于半个波长，而导向偶极天线的长度略短于半个波长。各天线元间的间隔不尽相同，但一般都约为0.2个波长。
阵列天线与智能天线原理
19021110368 余昆
1. 阵列天线
阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。方向图原理：对于单元数很多的天线阵，用解析方法计算阵的总方向图相当繁杂。假如一个多元天线阵能分解为几个相同的子阵，则可利用方向图相乘原理比较简单地求出天线阵的总方向图。
一个可分解的多元天线阵的方向图，等于子阵的方向图乘上以子阵为单元的天线阵的方向图。这就是方向图相乘原理。一个复杂的天线阵可考虑多次分解，即先分解成大的子阵，这些子阵再分解为较小的子阵，直至得到单元数很少的简单子阵为止，然后再利用方向图相乘原理求得阵的总方向图。这种情况适应于单元是无方向性的条件，当单元以相同的取向排列并自身具有非均匀辐射的方向图时，则天线阵的总方向图应等于单元的方向图乘以阵的方向图。
2.智能天线
e( k )=d( k )-w H x( k )利用最小均方误差法(MSE)求出
E[|e|2]=E[|d|2]-2w H r+w H Rxxw
相关性r定义为r=E[d*.x]=E[d*.(x s +x i +n)]
Rxx=E[xx H ]=Rss+R uu
Rss=E[xsxs H ]
R uu =R ii +R nn
对任意权值，可以求均方误差关于权向量的梯度，由维纳-霍普夫方程表示为
▽ w (E[|e|2])=2Rxxw-2 r
如果令参考信号d等于期望信号s，且s与所有干扰源无关，则可化简相关性r，得r=E[s*.x]=S.a0
其中S=E[|s|2]，最优权值可表示为
WMSE=SR xx -1a0
各用户的波达方向的估计算法主要有延迟-相加法、capon法、MUSIC法等。运用矩阵定义
X=AS+N
其中S为波前信号，N为测量噪声，X为天线阵元的输出信号。式中A为阵元对信号源的响应函数。具体为
X=[ x 1(t) x 2(t) … x m(t)] T
S=[s1(t) s2(t) … sD(t)] T
N=[n1(t) n2(t) … n M (t)] T
延迟-相加法(经典波束形成法)的输出功率与达波方向DoA的关系为
P cbf (q)=w H R uu w=a H (q)R uu a(q)
Capon法的阵列输出功率与波达方向DoA的关系为
MUSIC法的阵列空间谱为
其中V为噪声特征向量矩阵。
阵列天线相对于单天线有什么优势
阵列天线相对于单天线有什么优势随着无线通信技术的快速发展，频谱资源的严重不足已经日益成为无线通信事业发展的“瓶颈”。如何充分开发利用有限的频谱资源，提高频谱利用率，是当前通信界研究的热点课题之一。 多天线技术因其能在不增加带宽的情况下提高传输效率和频谱利用率而获得广泛的青睐。 1.1 多天线相比于单天线的优势 多天线技术相比单天线技术具有如下优势： (1)阵列增益 使用多天线后增加了信号的相干性，从而获得阵列增益。 (2)分集增益 提高了分集增益。分集增益是通过利用多径来获得的，当某一条路径性能变坏时不会影响系统的性能。在无线衰落信道里，可以增加接收信号强度的稳定性从而提高传输信息的可靠性。分集增益可以在空间(天线)、时域(时间)和频域(频率)3个维度上获得。 (3)共信道干扰消除 消除了共信道干扰。使用多天线后通过分析干扰的不同信道响应，消除共信道的干扰信号。 1.2 多天线技术的经济性 (1)提高传输容量，降低高话务区域建网成本 随着数据业务的不断推广，尤其是手机电视、高速无线上网等业务的应用，用户对数据业务的需求不断增加，在密集城区、热点地区等高话务区域，网络的部署将受限于容量。另外由于数据业务的不对称性，容量的大小往往受限于下行速率的高低。基于这些特点，以混合组网为例，使用2×2接收分集的多输入多输出(MIMO)将使单站点容量提升近20%。通过计算，在区域覆盖面积和容量需求不变的情况下，使用2×2接收分集的MIMO相比于1×2接收分集可以节省基站数目15%以上，从而大大减少高话务区域建网成本。
阵列天线综合的目的是设计出符合要求的
天线阵列分析与综合天线阵综合的目的是通过确定阵元的激励幅度、相位、阵元位置等参数，使天线阵的方向图满足一定的要求，如控制旁瓣电平，在某处形成一定深度的零点，使主瓣满足特定形状要求等。分布形式—— ——均匀阵存在两个难以克服的缺陷：第一，当均匀阵阵元间距不大于λ/2(λ为入射波长)时，在可视区内只存在一个主瓣而没有栅瓣，不影响阵列天线的正常工作。但如果入射波长较小时，阵元间距就会相应的很小，那么阵元间就会出现互耦效应，对天线阵列的特性造成严重的影响。第二，阵列天线方向图的主瓣宽度通常与其孔径成反比，为了实现较窄的主瓣，就需要增加天线单元，阵列天线的造价成本随之升高。
