天線技術論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇天線技術論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

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一、前言

隨著蜂窩移動用戶的不斷增長，如何解決頻譜資源緊張、抑制各種干擾、提高通信服務質量成為一個亟待解決的問題。為此，人們提出了一系列的解決方案，例如，在通信密集的地方引入微蜂窩技術、頻率跳變技術、高效的編碼技術以及進行功率控制等。而智能天線為這一切問題的解決提供了一條新思路。智能天線能夠成倍地提高通信系統的容量，有效地抑制復雜電磁環境下的各種干擾，并且還能與各種通信系統和其他多址方式兼容，從而以較小的代價獲取較大的性能提高。目前，國內外有許多大學和公司致力于智能天線的研究。歐洲電信委員會(ETSI)明確提出智能天線是第三代移動通信系統必不可少的關鍵技術之一，并制定了相應的開發計劃。

二、智能天線的基本概念

智能天線綜合了自適應天線和陣列天線的優點，以自適應信號處理算法為基礎，并引入了人工智能的處理方法。智能天線不再是一個簡單的單元，它已成為一個具有智能的系統。其具體定義為:智能天線以天線陣列為基礎，在取得電磁信息之后，使用人工智能的方法進行處理，對電磁環境做出分析、判斷，并自動調整本身的工作狀態使之達到最佳。依據天線的智能化程度可將天線分成可變波束天線、動態相控陣列和自適應陣列3類。可變波束天線依據接收功率最大原則，在幾個預設陣列波束中進行切換；動態相控陣列使用測向算法，能夠連續追蹤用戶的方向而改變天線的波束，使接收功率達到最大；自適應陣列既對用戶進行測向，又對各種干擾源進行測向，在形成波束時，不僅使接收功率最大，而且使噪聲降到最低，從而使接收信噪比最高。

智能天線的發展可分成3個階段:第1階段是應用于上行鏈路，通過使用智能天線增加基站的接收增益，從而使接收機的靈敏度和接收距離大大增加；第2階段是將智能天線技術同時應用于下行鏈路，在智能天線應用于下行鏈路后，能夠控制波束的發射方向，從而有助于頻率的復用，提高系統的容量；最后一個階段是完全的空分多址，此時在一個蜂窩系統中，可以將同一個物理信道分配給不同的用戶，例如，在TDMA中，可以將同一小區內同一時隙同一載波同時分配給兩個用戶。

三、智能天線的組成和關鍵技術

智能天線主要分為天線陣列、接收通道及數據采集、信息處理3部分。在移動通信系統中，天線陣列通常采用直線陣列和平面陣列兩種方式。在確定天線陣列的形式后，天線單元的選擇就十分關鍵。天線單元不僅要達到本身的性能指標，還必須具有單元之間的互耦小、一致性好以及加工方便的特點。目前微帶天線使用較多。

接收通道及數據采集部分主要完成信號的高頻放大、變頻和A/D轉換，以形成數字信號。目前，受A/D器件抽樣速率的限制，不能直接對高射頻信號和微波信號進行采樣，必須對信號進行下變頻處理，降低采樣速率。

信息處理部分是智能天線的核心部分，主要完成超分辨率陣列處理和數字波束形成兩方面的功能。進行超分辨率陣列處理的目的是獲得空間信號的參數，這些參數主要包括信號的數目、信號的來向、信號的調制方式及射頻頻率等，其中信號的來向對于實現空分多址和自適應抑制干擾有著重要作用。在眾多的超分辨率測向算法中，MUSIC算法及其改進算法一直占據主導地位，它不受天線陣排陣方式的影響，只需經過一維搜索就能實現對信號來向的無偏估計，并且估計的方差接近CRLB。此外，使用ESPRIT算法來解決移動通信中的測向問題也得到了廣泛的研究。數字波束形成主要通過調整加權系數來達到增強有用信號和抑制干擾的作用，它需要收斂速度快、精度高的算法支持。根據所需先驗知識的不同，目前的波束形成算法主要有3類:以信號來向為先驗知識，如LCMV算法；以參考信號為先驗知識，包括LMS算法及其改進算法NLMS、RLS等；不需要任何先驗知識，如CMA算法。由于移動通信環境復雜，各種算法也有各自的優缺點，因此系統中必須對多種算法取長補短，才能達到最佳效果。

四、智能天線的特點和優勢

(1)提高系統容量

在蜂窩系統中，用戶的干擾主要來自其他用戶，而智能天線將波束零點對準其他用戶，從而減少了干擾的影響。由于系統提高了接收信噪比，因此減少了頻譜資源的復用距離，從而獲得了更大的系統容量。

(2)擴大小區覆蓋距離和范圍

使用智能天線可以提高用戶和基站的功率接收效率，進一步擴大基站的通信距離，減少功率損失，從而延長電池的壽命，減小用戶的終端。

(3)減少多徑干擾影響

智能天線使用陣列天線，通過利用多個天線單元的接收信息和分集技術，可以將多徑衰落和其他多徑效應最小化。

(4)降低蜂窩系統的成本

智能天線利用多種技術優化了信號的接收，從而能夠顯著降低放大器成本和功率損耗，提高系統的可靠性，實現系統的低成本。

(5)提供新服務

智能天線在使用過程中必須對用戶進行測向，以確定用戶的位置，從而為用戶提供基于位置信息的服務，如緊急呼叫等。目前，美國聯邦通信委員會已準備實施用戶定位服務。

(6)更好的安全性

使用智能天線后，竊聽用戶的通話將會更加困難，因為此時盜聽者必須和用戶處于相同的通信方向上。

(7)增強網絡管理能力

利用智能天線可以實時檢測電磁環境和用戶情況，從而為實施更有效的網絡管理提供條件。

(8)解決遠近效應問題和越區切換問題

智能天線可自適應地調節天線增益，較好地解決了遠近效應問題，為移動臺的進一步簡化提供了條件。在蜂窩系統中，越區切換是根據基站接收的移動臺的功率電平來判斷的。由于陰影效應和多徑衰落的影響常常導致越區轉接，增加了網絡管理的負荷和用戶呼損率。在相鄰小區應用的智能天線技術，可以實時地測量和記錄移動臺的位置和速度，為越區切換提供更可靠的依據。

五、智能天線的技術現狀

在分析智能天線理論的同時，國內外一些大學、公司和研究所分別建立了實驗平臺，將智能天線應用于實踐中，并取得了一些成果。

(1)美國

在智能天線技術方面，美國較其他國家更加成熟，已開始投入實際應用中。美國的ArrayComm公司發展了針對GSM標準和日本PHS標準的智能天線系統。該公司已將智能天線應用于基于PHS標準的無線本地環路中，并投入了商業運行。該方案采用可變陣元配置，有12陣元、8陣元環形自適應陣列可供不同的環境選用，現場實驗表明，在PHS基站采用智能天線技術可使系統容量增加4倍。

(2)歐洲

歐洲通信委員會在RACE計劃中實施了第一階段的智能天線技術研究，稱為TSUNAMI，由德國、英國、丹麥和西班牙共同合作完成。它采用DECT標準，射頻頻率為1.89GHz，天線由8個微帶貼片組成。陣元距離可調、組陣方式可變，有直線型、圓環型和平面型3種形式。數字波束形成的硬件主要包括2片DBF1108芯片，它在軟件上分別由MUSIC算法、NLMS、RLS完成測向和求得最佳的加權系數。在典型的市區環境下進行實驗表明，該智能天線能有效跟蹤的方向分辨率大約為15°，BER優于10-3。

(3)日本

ATR光電通信研究所研制了基于波束空間處理方式的多波束智能天線。天線陣元布局為間距半波長的16陣元平面方陣，射頻工作頻率為1.545GHz。陣元組件接收信號在A/D變換后，進行快速傅氏變換，形成正交波束后分別采用恒模算法或最大比值合并分集算法，數字信號處理部分由10片FPGA完成。ATR研究人員提出了智能天線的軟件天線概念。

(4)其他國家

我國的信威公司也將智能天線應用于TDD方式的WLL系統中。該智能天線采用8陣元的環形自適應陣列，射頻工作于1785~1805MHz，采用TDD工作方式，收發間隔為10ms，接收機靈敏度最大可提高9dB。此外，愛立信公司與德國運營商也將智能天線應用于GSM基站上，但該天線的智能化程度不高。韓國、加拿大等國也開展了智能天線方面的研究。

(5)用于衛星移動通信的智能天線

上文主要介紹了基于蜂窩系統的智能天線，另外還有一種用于L衛星移動通信的智能天線。該天線采用了由16個環形微帶貼片天線組成的一個4×4的方形平面陣，它的射頻頻率為1.542GHz，左旋圓極化，中頻頻率為32kHz，A/D變換器的采樣速率和分辨率分別為128kHz和8位。在數字信號處理部分，選用了10個FPGA芯片，其中8個用于16個天線支路的準相干檢測和快速傅里葉變換，另外2片則起到波束選擇、控制和接口的作用；自適應算法則選擇了CMA。系統的外場測試表明，它能產生16個波束來覆蓋整個上半空間，并且不需要借助于任何傳感器，就能用最高增益的波束來自動捕獲和跟蹤衛星信號，從而在各種復雜的環境下均能提供比采用其他天線要高得多的通信質量。

六、智能天線面臨的挑戰和發展方向

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系統硬件主要由傳感器節點、協調器、控制開關器和上位機組成。傳感器節點由傳感器、處理芯片、及通信模塊組成，主要有溫濕度傳感器、H2S氣體傳感器、NH3氣體傳感器等；控制開關器主要是由主芯片、繼電器電路、接收通信模塊組成，主要用于控制通風設備的工作狀態；協調器負責網絡的建立維護和數據的中轉，主要任務是為各個傳感器分配地址，建立和維護網絡；上位機負責數據的接收、存儲，并能根據設置的參數進行預警作用。傳感器節點由MSP430系列處理器模塊、無線通信模塊、串口通信模塊、傳感器模塊、電源模塊和其它擴展模塊組成。選取MSP430系列處理器主要考慮低功耗。為了提高節點間的通信距離，需要在發射器的輸出端和發射天線之間增加一個功率放大器，并且采用定向傳輸技術。各種傳感器模塊、控制開關器和協調器都是獨立設計的，利于節點的重復使用，提高靈活度。

2．2定向天線技術

定向天線（Directionalantenna）是指在某一個或某幾個特定方向上發射及接收電磁波特別強，而在其他的方向上發射及接收電磁波則為零或極小的一種天線。定向天線具有增益高、方向性好等特點，能夠有效抑制干擾信號，大大減少節點之間的信號干擾，增大了數據的傳輸距離和數據傳送效率，降低信號傳輸的時延和節點的功耗、提高空間復用度，能夠使多個節點同時傳輸，空間復用率高。并且通過定向天線傳輸增加額外增益能夠實現WSN節點的遠距離通信，協議可靠性高，時延小，有效提高了WSN網絡吞吐量。

2．3節點軟件系統的組成

軟件的設計主要由傳感器節點軟件、控制開關器軟件、監測軟件組成，除監測軟件外，所有程序采用C語言編程實現，監控軟件采用eclipse軟件結合an－droid－sdk完成。各個應用程序主要由各個傳感器硬件模塊的驅動、數據采集和通信協議。

2．4通信協議

2．4．1通信算法

針對養殖環境參數監測過程中存在有障礙物影響，會導致傳輸距離受限制、監測精度不高等結果，因此設計了傳輸通信協調。通信協議算法主要包含四個階段：初始化階段、路由發現階段、數據傳輸階段、路由重發現。

1）初始化階段

當系統啟動時，設置一個啟動定時器tt1時間，當tt1時間到達后，節點就定期時間（tt2時間內）向周圍節點發送信號HELLO信息，發送HEL－LO信息后就等待回復號RET信息，如果在tt2時間內收到周圍節點的RET信息，標注節點已被發現。同時，周圍節點在收到HELLO信息后，就會把此節點作為鄰節點保存在臨時列表中，在tt3時間內向發送節點發送RET信息。如果此節點在自己的通信范圍內，就作為自己的鄰節點保存在正式鄰點列表中，否則拋棄此節點。

2）路由發現階段

每個節點計算鄰居節點的數量，并且根據本身的能量、與基站節點的距離、整個網絡節點的均衡等因素，設置成為初始的簇頭節點，各個簇頭負責簇內數據的采集。除此，各個簇頭之間，為了保證路由的可靠性和降低傳輸數據消耗的能量，采用單跳或多跳的傳輸方式傳輸數據。如果簇頭節點在基站的接收范圍內，就直接把數據傳送給基站，如果不在基站接收范圍內，就計算各個簇頭離基站的位置、本身剩余的能量，保證傳輸消耗能量最低原則，采用多跳方式傳輸數據到基站。

3）數據傳輸階段

當網絡進入穩定狀態，簇內成員節點將采集的數據傳送給簇頭節點，為了避免數據冗余，簇頭節點進行數據融合后發送給基站。數據會按照設計的數據傳送格式進行傳輸。

4）路由重發現階段

由于能量的限制，如果一直保持原路由進行數據傳輸，就會導致節點能量過多而不能工作，從而破壞整個網絡的正常運行。考慮到簇頭在網絡運行中承擔更重任務，設計簇頭更換策略。簇頭更換策略主要取決于三個因素：選舉系數、邊緣位置、閾值能量。選舉系數決定簇頭選舉的時間和更換的輪數，設置合理可行的選舉系數保證整個網絡性能；處于邊緣位置的節點若成為簇頭，會因傳輸距離太遠，容易耗盡能量而死亡；閾值能量設置得太大，導致很多節點不能成為簇頭，勢必會因數據傳輸距離過遠，導致網絡的不穩定。所以，簇頭更換策略是當簇頭的滿足選舉系統時，進入到簇頭更換，此時選取出簇內具有最大剩余能量的節點，判斷此節點是否處于邊緣位置，如果處于邊緣位置，繼續尋找簇內第二大剩余能量節點，一直到不處于邊緣位置為此，然后判定其剩余能量是否大于閾值能量，如果滿足則設置此節點為新一輪的新簇頭，并向周圍所有的節點發送成為簇頭的標志信息，重新進行簇內成員的構建，再形成新的路由進行數據的傳輸。

2．4．2MAC協議

基于定向天線的MAC協議主要使用兩種方式：使用RTS／CTS握手方式和不使用RTS／CTS握手方式。前者使用RTS獲得鄰節點的信息，RTS需要硬件設備獲取鄰節點的位置信息，后者則使用了音的信號幀，但是這兩種方式會帶來隱藏終端和聾節點等問題，從而降低了MAC的性能。為了解決這個問題，可以結合定向虛擬載波偵聽（DVCS）機制、使用多跳、SDMA（空分多址）等的優點，充分利用定向天線的優勢。

2．4．3數據通信格式

考慮到數據通信過程中的可靠性和安全性，設置了數據通信格式。1）傳感器節點到協調器的數據格式。數據格式定義如：Head＋len＋data＋stx。其中：Head（2byte），固定為0xFF，0XFE；Len（1byte），data的字節數；Data：數據域———2byte本機地址＋2byte父節點地址＋nbyte傳感器數據（n大于等于2）；stx（2byte），固定為0x0D，0X0A。具體發送命令如：FFFE0800010000031200000D0A。其中：FFFE為固定數據頭；08為數據長度；0001為本機地址（子節點地址）；0000為父節點地址；03為傳感器類型；12為傳感器數據，1Lsb＝0．1，如0x10表示1．8；0D0A為數據的結束標志。2）協調器發往監測軟件的數據格式。數據格式定義如：FFFD000430300000hhhhhh。其中：byte1byte2：傳感器端數據發送的固定頭，固定為FFFD；byte3：數據類型的標識，00為H2S傳感器的數據，01為溫濕度感測器的數據，02為NH3感測器的數據；byte4為傳感數據長度（統一為04）；byte4～byte7：為傳感器數據；Byte9～byte10：保留；byte11：byte1—byte10校驗值（相加取低8位）。

2．5網絡構建系統上電后

協調器進行搜索并尋找合理的信道，完成系統初始化和建立網絡的任務。各個傳感器節點通電后，掃描信道，尋找協調器，并加入到網絡中。加入網絡后，則開始采集環境數據，傳輸給協調器，協調器接收各個節點的數據，判定其格式正確后，將其傳輸給監測軟件。

2．6監控軟件設計

以eclipse軟件為開以平臺，結合android－sdk完成監控軟件的開發。Android系統是一個源碼公開、開放和完整的軟件，是由操作系統、用戶界面中間件和重要應用程序組成，得到手機運營商的廣泛使用。在系統的設計中，應用到了Activity、Intent、Service、An－droidUI、多線程等技術。本系統主要由以下幾個方面組成：Android軟件與硬件傳感器通信的底層驅動，包括打開串口、關閉串口、發送串口信息、接收串口信息以及異步方式讀取傳感器數據等；主界面內容顯示，包含各種傳感器數據顯示、控制開關器的控制等信息。監控軟件接收到數據時首先要對數據的格式進行分析，判定數據格式正確后，確定是哪個傳感器的數據，然后進行數據處理，計算結果，在相應界面位置顯示數值；把結果與設定的數值進行比較，如果不在設置數值范圍內，就進行報警，并把報警信息通過串口發送到協調器，協調器再轉發到控制開關器，驅動通風設備工作。

3系統的應用

根據設計的要求，系統設計完成并搭建，在豬舍做了相應的實驗和相關的測試，系統測試結果說明，系統實現相應功能，成功讀取相應的環境數據。主界面運行顯示圖中是各個傳感器終端節點采集發送回來的數值顯示和通風設備工作狀態情況。可以通過“菜單鍵”設置邏輯狀態的“關閉”和“啟動”在邏輯狀態都已關閉情況下，只能顯示所有傳感器的數據和此時通風設備工作狀態，不能達到超限預警的效果。為了能實現環境參數監測的自動控制，必須要開啟所有的邏輯狀態。通過“菜單鍵”設置溫度、濕度、H2S氣體和NH3氣體的范圍，當采集數據中任一參數超出范圍，都可以自動開啟和關閉通風設備，達到自動控制效果。H2S和NH3參數范圍設置的標準是依據《農產品安全質量無公害畜禽產地環境要求（GB／T18407．3—2001）中的標準來設置，H2S和NH3應控制在10、25mg•m－3以下。根據相關研究表明，豬舍最適宜的溫度為8℃～20℃，相對濕度根據豬體質量類型的不同一般為65％～85％。

篇（3）

現在，各行各業在發展過程中在節能環保方面都有了新的要求，因此，為了更好的適應時代的發展變化，農業在發展過程中一定要非常的穩定，這樣才能更好的保證糧食供應不會出現任何問題。在農業發展過程中，水利工程對其發展有很大的保障作用。因此，在農田水利方面也要重視高效、節能以及環保方面，這樣才能更好的推動農業的可持續發展。在農田水利技術方面，我國已經有了很大的發展，在水資源的利用效率方面有了很大的提高，同時，對作物的水分也需求進行信息采集，因此，能夠更好的對水量進行控制。在對理論進行研究的時候，前期是比較單一的，只是對單純的土壤水分進行了水分控制研究，因此，現在，研究理論已經向多元化方向發展了，在這種情況下，能夠更好的對全方位的水分轉移進行規律性研究，同時，對水分的承載體也進行了更多方面的研究。在研究對象方面不僅僅進行了水分的研究，同時對養分和水熱情況也進行了分析。這樣能夠更好的對不同條件下的灌溉進行研究，同時，在灌溉時候也能制定出不同的方式，在制定灌溉方式的時候，要對植物的生長規律進行必要的研究，同時，對生長環境也要進行分析，這樣才能更好的促進植物的生長。農田水利工程在節水方面要建立一個非常嚴謹的理論體系，這樣能夠保證研究方面更加的科學，同時也能更加的系統。農田水利在水系研究方面研究的對象非常多，其中包括地表水、農田大氣水、土壤水、地下水以及植物水進行研究，在研究的過程中要對其相互之間的轉化關系進行掌握，這樣能夠更好的對農作物的水分蒸發量和流域的蒸發量進行計算，在研究的過程中，要將農田水利工程的高效性和節能性作為工作的目標。在對節水高效模型進行研究的時候，要對相關的重點進行研究，同時對相關的方法也要進行重視。對農作物的水分研究從單一的研究領域向更廣的范圍進行研究，能夠更好的對水分的空間性進行研究，同時也能更好的對分布規律進行研究。在對農田水利進行研究的時候，針對傳統的農作物主要有小麥、水稻和玉米，這些農作物是大規模種植的，因此，在進行現代農田水利研究的時候要從這些農作物的研究中走出來，研究的方向要向經濟作物轉移，這樣能夠更好的滿足現在的農業生產環境，同時，在研究過程中，對不同的作物在不同的階段的水分情況進行研究，這樣能夠更好的掌握其水分需求變化，同時，對植物的生長狀態要進行研究，這樣能夠更好的保證農田水利節水建設的實現。在經過了嚴謹的研究分析以后，可以對農作物的灌溉水量進行控制，同時，為了更好的實現節約和高效的目的，可以建立必要的基礎保障措施，這樣能夠更好的做到適度的調節。

1.2設備、材料的節水研發

在節水灌溉設備方面有了很多的變化，現在，主要應用的設備有外混式自吸泵、新型金屬快速接頭、地面移動鋁合金管道系統設備、田間閘管系統設備、調壓給水栓、豎管萬向座、恒壓噴灌設備、絞盤式噴灌機、折射式微噴頭、旋轉式微噴頭、微灌用壓力-流量調節器、微噴連接件、水動式施肥泵、水動反沖洗沙過濾器、平面迷宮式滴頭、毛管移動機具、滴灌設計CAD系統、地下滴灌專用滴頭、經濟型內鑲式滴灌管及配套設備、波涌灌設備、U型防滲渠道施工機械、SYZW-1智能型量水儀、WIS-2智能型量水儀、長喉槽量水槽等24種節水新設備，其中16種產品實現產業化。在節水新材料研究上，提出了適合U型渠道襯砌構件的混凝土配合比，選用焦油塑料膠泥條和遇水膨脹橡膠止水條作為預制襯砌渠道伸縮縫材料，較好地解決了渠道接縫滲漏問題。

1.3農用水資源的合理開發及農業節水新技術研究

在水庫灌區建立流域水資源的優化調度模型能夠更好的對徑流的水量進行控制，同時對儲蓄的水量和灌區的農作物的種植結構進行結合，這樣能夠更好的保證輸水的能力，進行更好的分析，能夠更好的對水資源進行合理的配置，同時也能更好的實現水資源的優化調度，對提高供水效率非常有幫助。在灌溉水源非常多的地區，要將灌溉區的地表水和地下水進行聯網，這樣能夠更好的在優化水資源方面進行配合，同時，在自動化控制技術方面也能取得很好的效果。農田在灌溉方面要實現分散水源集中控制，這樣能夠更好的實現統一調度，同時，也能更好的對有限的水資源進行更好的利用，這樣能夠更好的提高灌溉的效率。在輸水和配水的環節上也要進行節水工程設計，在施工技術方面也要進行提高，這樣能夠更好的形成集成灌溉的模式。在膜下滴灌技術中，能夠更好的通過滴灌的方式來使農作物的根系更好的吸收水、肥和農藥，這樣能夠更好的保證農作物的生長，同時，也能更好的保證農作物生長過程中水分的充足。

2農田水利科技發展方向

2.1作物節水高效灌溉制度研究

為了以最少的灌溉水投入獲取最高利益，應制定相應的灌溉方案，包括農作物播種前及全生育期內的灌水次數、灌水時間、灌溉定額。在灌區開展不同作物、不同生長條件下的耗水量研究，特別是隨著作物種植結構的調整，應加大對各種經濟作物的耗水量研究，尋求作物在不同生長環境條件下的節水高效規律。以此為基礎，制定灌區在不同的供水、氣象、農藝、管理等條件下的節水高效灌溉用水方案，采用現代化手段進行灌區實時灌溉預報，指導農民進行灌溉。

2.2農業節水設備的產業化

根據我國農業生產向高效集約化經營發展的趨勢，節省勞力、生產效率高、自動化程度高的節水灌溉機具應成為今后研究、開發和產業化的重點。如機械移管的噴灌機具，地下滴灌設備，大、中、小型的渠道防滲襯砌機具，農田精細平地、開溝、打畦機具，各種自動閥門，以及灌溉自動化控制設備等。

2.3高新技術的應用研究

目前農田水利建設中突出問題就是水資源的匱乏，由于用水的減少，在農田灌溉上的供需關系就會出現矛盾，而在農田相關的排水以及灌溉上又十分的復雜，所以，自動化的智能農田水利建設成為了必然的發展趨勢，通過各種先進的智能技術，將可利用技術有效的轉變為提高農田灌溉和排水的技術，應用到實際的生產中，有效的消除不合理的農田灌溉對生產以及生態的影響。這才是新時代的農田灌溉所要發展的方向。

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中圖分類號：TS202 文獻標識碼：A 文章編號：1001-828X（2013）03-00-01

一、食品添加劑應用中存在的技術倫理問題

隨著社會的向前發展和科技的不斷進步，出現了各式各樣的食品，各種食品添加劑也如雨后春筍般的出現了，極大的豐富和改善食品品質，同時食品添加劑在應用中也出現了很多問題，并由此引發了一系列的技術倫理問題，而且呈現出愈演愈烈的態勢，給人們的物質生活和精神生活都帶來了很多的負擔，食品添加劑的應用方面存在的技術倫理問題主要體現在以下幾個方面：

（一）盲目的追求金錢利益，敗壞道德品質

在食品的生產加工過程中，一些生產者片面的追求金錢利益，昧著良心把一些化工原料添加到食品中，例如三鹿奶粉事件導致30多萬個嬰兒患上了結石病，三鹿公司破產。這種可恥的行為不僅嚴重的威脅人的生命和健康，而且還擾亂了正常的食品生產加工秩序，從而使食品添加劑在消費者心中的形象大打折扣。

（二）拒不執行生產標準，忽略道德規則

現代的食品工業需要食品添加劑，食品中使用食品添加劑時只要嚴格按照“GB2760-2008 食品添加劑使用衛生標準”規定的種類、范圍及最大使用量或殘留量的要求，食品的安全是可以保證的。但是很多食品生產加工者忽略了道德規則，在執行食品添加劑使用標準時存在很多諸如如超標準使用食品添加劑、故意隱瞞或不明標注食品添加劑含量等問題。

二、 保障我國食品添加劑應用安全的策略

解決食品添加劑應用安全問題，需要從邏輯理性與可行性兩個方面來考慮。因此我們要解決食品添加劑應用安全問題，既可以從相關的制度和規范入手，又可以從它所面臨的倫理問題著手。但是由于食品添加劑的安全問題涉及面廣，操作復雜，僅憑某一個部門或者某一個人是不可能輕易的解決問題，因此需要政府、社會、每個人的齊心協力，共同面對。從技術倫理的視角尋求相關的對策，主要表現在以下幾個方面：

（一）堅持以人為本、安全健康的技術倫理原則

1.以人為本原則。從技術層面來看，堅持以人為本的原則就是堅持為人類服務的原則。堅持以人為本要求人們在從事技術工作的時候必須將“人”放在核心位置，不斷肯定人的價值，維護人的尊嚴和權利。馬克思認為：“科學絕不是一種自私自利的享樂。有幸能夠致力于科學研究的人，首先應該拿自己的學識為人類服務。”①在食品安全問題上更是壓迫堅持這一原則。

2.安全原則。“安全需要”是人的最基本的需要之一。自覺遵循的人的生命安全的需要是重要的倫理道德原則。在食品添加劑應用安全問題上堅持這一原則，確保人們在整個食用過程中的安全性才更是重中之重。安全性是人們在選購食品時的首要選擇，所以我國食品添加劑應用的過程中應該堅持安全原則。

3.健康原則。把健康原則作為一種倫理原則來看待，是因為它在實踐中有著普遍的應用和普世的價值觀。在人類所進行的所有活動中，我們的行為不僅要盡可能有利于人和其他生命客體的發展，而且盡可能的有利于他人取得最大程度的健康效益。當今世界，追求健康已經被看做了一種新的社會潮流。它體現在飲食方面，就是消費者已經開始注重食品的安全性，是否有利于人的身體健康。

（二）推動我國食品添加劑健康安全發展的道德規范

1.堅持誠實守信、文明生產。誠信是傳統美德。食品生產行業，應該立足誠信，做好本質工作，尤其更要以嚴肅的態度，在食品生產加工過程中使用食品添加劑時不應以掩蓋食品腐敗變質、食品本身或加工過程中的質量缺陷或以參雜、參假、偽造為目的，明確標明食品生產加工過程中所使用的食品添加劑，注明其使用功能及用途，以及使用劑量。從而讓消費者了解這些信息，達到放心購買的目的。

2.做到敬業盡責、恪守標準。確保食品添加劑應用的安全，必須要有相應的食品添加劑使用安全標準。對于食品行業的從業人員來說，無論從事什么崗位，都應該把愛崗敬業作為一種責任，愛護自己的職業崗位是最基本的條件，同時在生產管理、加工時都應該嚴格的遵守遵守食品添加劑的使用標準。

（三）保障食品添加劑應用安全的技術倫理措施

要切實加強和保障我國食品添加劑應用安全，需要采取有效的措施。目前，在食品添加劑應用中，最難解決的是平衡各方面的利益問題，必須實現他律向自律轉變。

1.堅持利益平衡原則，形成利益平衡機制。利益平衡機制是解決食品添加劑應用安全問題的有力杠桿。在當前市場經濟條件下，食品生產企業與食品消費者之間所存在的利益沖突表現為企業追求在利潤最大化的過程中忽視了消費者的生命健康權，導致消費者的利益受損。如果不考慮兩者利益的平衡，最終影響食品企業的健康發展。因此需要由國家承擔保護消費者權利的職責，通過立法、行政等給消費者特殊保護，補救其弱者地位，建立企業與消費者之間的利益平衡機制，維持企業與消費者之間的利益平衡，從而建立公平公正、健康有序的市場經濟體制。

2.實現他律走向自律的轉化。對于食品生產者和消費者來說，利益平衡機制只是外在的制約力機制，還必須探尋內在的制約機制，也就是哲學上所說的內因，即要求我國在食品添加劑安全應用過程由他律向自律轉化。他律是外在的強制力，自律是內在的驅動力，兩者相輔相成。他律走向自律是實現我國食品企業肩負起社會責任、弘揚道德誠信的強大動力。

注釋：

①拉法格.回憶馬克思恩格斯 [M].北京：人民出版社，1973年版第2頁。

參考文獻：

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[4]殷有敢，王偉博.“安全為天”的倫理闡釋[J].理論界，2006.

篇（5）

1 無線電系統探測輻射源的基本原理

隨著科學技術的快速發展，現在無線電測向已經越來越廣泛的被運用在民用和軍用設施之中。無線電事業近年來突飛猛進，給人們帶來了極大的便利。無線電測向系統主要由測向天線、輸入匹配單元、接收機和方位信息處理顯示四個部分組成。其中測向天線是電磁場能量的探測器、傳感器，它也是能量轉化器，主要利用感應空氣中傳播的電磁波能量以及幅度、相位、到達時間等等信息來變成交流的電信號，饋送給接收機；輸入匹配單元從而實現天線甚至是接收機的匹配傳輸與轉變。接收機的作用包括選頻、下變頻、無失真放大和信號解調；而方位信息處理顯示部分的任務就是檢測、比較、計算、處理和顯示方位信息。

測向機示向度就是指在測向過程里顯示的測向讀數。測向站是由測向設備、通信系統和附屬設備三個方面構成。其中測向站是擔任專門執行測向任務的專職單位，它可以分成固定站和移動站兩種形式。

無線電測向主要是利用無線電波在幾個位置不同的測向站組網來測向，用測向站的示向度進行交匯。短波的單臺定位，主要是在測向的同時測定來波仰角，再利用仰角、電離層來計算距離，從而用示向度和距離粗步可以判斷臺位。

不過在實際操作上要確定輻射源的具置，還需要完成從遠到近的分布交測，從而再實現具體確定輻射源的具置。

2 無線電測向系統的主要分類

目前，根據天線系統從來波信號取得信息和對信息處理系統的技術不同主要可以分成兩類：一是標量測向，不過它僅僅可以獲得和使用到來波信號相關的標量信息；另一種測向方法即是矢量測向，它可以依據它得到的矢量信息數據從而同時獲得和使用電磁波的幅度與相位信息。

兩種測向方法相比較而言，標量測向的系統歷史悠久，應用也更加廣泛。最簡單的幅度比較式標準測量系統就是旋轉環形測向機，這種系統主要對垂直的極化波方向圖成8字形。在軍用方面，大多數采用比較式的標量測向系統，其測向天線和方向圖都是采用了某種對稱的形式，如：阿爾考克測向機和沃特森-瓦特測向機以及各種使用旋轉角度的圓形天線陣測向機；其中有干涉儀測向機和多普勒測向機是屬于相位比較的標量測向系統。而對于矢量測向系統，例如：空間譜估計測向機。它就是矢量系統的數據采集，它的前端就用多端口天線陣列和至少同時利用了兩部以上幅度、相位一樣的接收機，然后它再根據相應的數學模型和算法，用計算機來解答。矢量系統主要依據天線和接收機數量和后續的處理能力，它主要可以分辨兩元甚至多元波長和來波方向。

3 無線電測向體制分類

利用不同的測向原理，現在主流的測向機制可以分為以下幾種：

3.1 幅度比較式測向體制

幅度比較式測向體制的工作原理是：依據電波在行進中，利用測向陣或者測向天線的特性，對不同方向來波接收信號幅度的不同來測定來波方向。

幅度比較式的測向體制原理應用十分廣泛，主要可以體現在：環形天線測向機、間隔雙環天線測向機、旋轉對數天線測向機等等，這些是屬于直接旋轉測向天線和方向圖的；交叉換天線測向機、U型天線測向機、H型天線測向機等，都屬于間接旋轉測向天線方向圖。間接旋轉測向方向圖，是通過手動或電氣旋轉角度來實現的。手持或者佩戴式測向機也是屬于幅度比較式測向體制。

3.2 沃特森-瓦特測向體制

沃特森-瓦特測向機實際上也是幅度比較式測向體制，不過它是利用計算求解或者顯示正反切值而不是采用直接或者間接旋轉天線方向圖。正交的測向天線信號，主要是分別經過兩部幅度、相位特性相同的接受機來進行變頻和放大的，最后求解或者是顯示反正切值，從而解出或者顯示來波方向。

單信道的沃特森-瓦特測向機就是將正交的測向天線信號，分別由兩個低頻率信號來調解，再由單信道 接收機來變頻、放大，從而解調出方向信息信號，最后求解或顯示正反切值，最后來確定出來波方向。

3.3 干涉儀的測向體制

干涉儀測向體制的測向原理是：利用電波在行進中，從不同方向來的電波到達測向天線陣時在空間上各測向天線單元接受的相位不同，從而相互間的相位差也不同，最后由測定來確定來波相位和相差，即可確定來波方向。

我們至少需要在空間架設三副分開的測向天線的準確的單值確定出電磁波的來波方向。干涉儀測向主要是在正負180度范圍里單值的測量相位，當天線間距比較小時候，相位差的分辨能力就會收到限制，天線間距大于0.5個波長的時候就會引起相位模糊。利用沿著每個主基線來插入一個或者多個附加真元來提供附加的相位測量數據，用這些附加項為數據就可以解決主基線相位測量的模糊問題從而來解決上述的矛盾。這種變基線的方法已經被當代干涉儀測向機所廣泛使用。而相關干涉儀測向，它是在測向天線陣列工作頻率范圍內和360度的方向里，利用一定的規律設點，并且同時在頻率間隔和防衛間隔上建立樣本群。這樣，在測向的時候，就可以把測得的數據和樣本群來相關運算和插值處理，最后得到來波信號方向。

3.4 多普勒測向體制

多普勒測向體制主要是利用電波在傳播的時候，遇到的與它相對運動的測向天線時，被接受的電波信號產生多普勒效應，來測定多普勒效應產生的頻移最后來確定來波的方向。

我們必須采用測向天線和被測電波間的相對運動來得到多普勒效應產生的頻移。一般來說我們在測向天線接收場里，用足夠高的速度運動來實現，當測向天線作圓周運動的時候，我們利用來波信號的相位受到正弦調制。通過多普勒頻移f與0點參考頻率相比較，即可得來波方向角。

3.5 烏蘭韋伯爾測向體制

烏蘭韋伯爾測向體制的測向原理是采用大基礎測向天線陣，在圓周上面架設多副測向天線，來波信號可以經過可旋轉的角度計、移相電路、合差電路形成合差方向圖，最后再利用測向找到方向。以民用的40副測向天線陣元為例，角度計瞬間可與12副天線元耦合，進而分別利用移相補償電路把信號相位對齊，這樣就可以形成旋轉的等效直線天線陣，12副天線分為兩組，每組6副，進而兩組間可以經過合差電路的相加減形成合差方向圖。測向以合差方向圖來找來波方向，在來波方向里，用兩組天線信號均處在來波等相位位面上，兩組天線信號大小相等，差方向圖輸出相減為零，合方向圖時，為一組天線信號輸出的二倍。

3.6 空間譜估計測向體制

空間譜估計測向體制的測向原理：在已知坐標的多元天線陣里，測量單元或多元電波場的來波參數，經過多信道接收機變頻、放大來得到矢量信號，把采樣量化為數字信號陣列，送給空間譜估計器，再運用確定的算法求出各個電波的來波方向、仰角、極化等參數。

空間譜估計測向體制的特點是空間譜估計測向技術可以實現對幾個相干波同時測向，這是其它測向體制所不具有的。它可以實現在同信道中對同時存在的多個信號進行超分辨測向。空間譜估計測向僅僅利用很少的信號采樣，就可以精確測向，它的測向準確度比傳統的測向體制高了很多。并且測向場地要求不高，可以實現天線陣元特性選擇以及陣元位置的靈活性。

4 無線電測向在軍用和民用領域的應用

隨著無線電事業的飛速發展，無線電測向技術在民用和軍用得到了極大的應用，但依靠傳統儀器設備組成的無線電監測測向系統已不能滿足當前各種新型、密集的無線電信號的監測和測向的要求，尤其是在電子作戰中，無線電測向技術更是大顯身手，要將干擾功率最大化加載在敵方的通信設備上，首先要求我們的是，測出敵方的通信所在地。從軍用微波通信的特點看，其天線波束窄，電波方向性強，與軍用戰術電臺廣播發射的電波截然不同。所以高度數字化、集成化和數字處理技術應用，自動化、智能化、網絡化和小型化，多信道的信號監測和測向就成為發展的潮流。因此，國內外的許多公司都研發或集成了較為先進的固定、車載、移動及手持式測向設備。有的公司可根據用戶對設備性能及經濟能力的要求進行相應設計，可組成單信道、雙信道及多信道的相關干涉儀或其他體制的監測測向系統，并具備寬帶掃描、本振共享、同步采樣、信號識別、信號分析功能，系統測向功能極其強大，且測向速度快、靈敏度高、動態范圍大、可靠性強，計算機自動控制，界面友好、直觀，操作使用極為方便，大大提高了無線電技術人員測定無線電輻射源或無線電干擾的能力。

參考文獻：

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中圖分類號：TN911.22 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）06-0056-01

多天線技術在廣義上是指使用多根發送天線或者接收天線的技術，在鐵路信號傳輸上得到了廣泛應用。而空時碼技術是多天線系統的支撐技術，應用于天線之間距離足夠遠，相關性足夠小的情況。該技術可進一步分為基于分集（包括發射分集和接收分集）的時空碼和基于空分復用的空時碼。空時碼技術是當前的研究熱點之一，其在空間域和時間域聯合處理鐵路接收信號的特點可以充分利用空間信號處理技術和時間處理技術的優勢，有效抵抗符號間干擾，減少多址干擾，增加分集增益一級提高整個天線陣的增益。

在鐵路信號空時碼和MIMO技術中，通常假設發送天線和接收天線分別是獨立不相關的，然而實際系統對天線設置的限制，天線之間往往存在一定的相關性。為了更直接分析相關性的影響，本文采用平坦衰落MIMO信道進行分析，并假設發送天線和接收天線分別呈均勻直線排列。在下面的分析中，設發送端和接收端天線數分別為和，MIMO信道沖激響應矩陣為，其中，表示由第個發送天線到第個發送天線的平坦信道沖激響應。接收天線上的高斯白噪聲獨立不相關，均值為，方差為。下面具體分析題錄信號中的空間相關性對多天線技術的影響。

1 空時分組碼STBC及空間相關性影響

當發送天線之間和接收天線之間存在空間相關性時，假設相鄰發送或接收天線之間的空間相關數相等，即，對上述STBC方案的性能參數進行分析：

使用上述參數仿真計算可知：空間相關性使得STBC性能惡化，并且隨著空間相關性的增強，性能損失增加；當相鄰發送或接收天線之間的相關系數小于0.7時，性能損失小于1dB，因此存在較小相關系數時，STBC的性能損失較小；當相關系數為0.99時，性能損失大約為3dB，因此較大相關系數會使得STBC的性能惡化。

2 分層空時碼V-BLAST及空間相關性影響

3 基于特征空間的MIMO技術及空間相關性影響

根據基于特征空間的MIMO算法，可知系統的頻譜效率為。由此課間，信道互相關矩陣的特征值是影響信道容量和頻譜效率的重要因素，二空間相關性影響特征值的經驗分布。仿真試驗中假設發送天線數和接收天線數分別為4，且分別呈均勻直線排列，設發送相鄰天線和接收相鄰天線之間的相關數相同，即。空間相關性影響信道互相關矩陣的特征值分布。當空間相關性較強時，只存在較少的可利用的特征子信道，進而影響信道的頻譜效率，信道容量隨著空間相關性的增強而降低。

4 小結

上述多種多天線技術都有較為優越的性能，但是在譯碼復雜度、最適于何種信道、對天線的要求又有所不同。總之，多天線技術可以有效地抵抗衰落的影響，克服功率和容量極限。不同的多天線技術適用于不同的通信系統，從發展的趨勢來看，可以將上述多種多天線技術有效地結合以適用多種需求。

參考文獻

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篇（7）

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 14-0000-01

Broadband Patch Antenna Design

Jiang Jingjing,Liu Congmin,Chen Xingyi

(Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing210046,China)

Abstract:In recent years,due to the rapid development of the communications industry,the requirements of the antenna increases.Microstrip patch antenna with light weight,low cost,easy to manufacture,etc.,are widely used.But ordinary microstrip patch antenna has a major flaw-the bandwidth is narrow.Therefore,the broadening of the band microstrip patch antenna has become an important research direction.

Keywords:Communication;Antenna;Bandwidth

一、拓寬微帶天線帶寬的方法

對微帶天線而言，通常影響其帶寬的主要因素有微帶天線基底的相對介電常數，基底介質損耗角正切，輻射單元的幾何尺寸、形狀結構，天線的匹配網絡，天線的饋電方式等。現有的眾多拓寬微帶天線頻帶的方法通常從微帶天線的結構和天線匹配電路這兩個方面進行改進。通過對天線結構的改變，使其增加額外諧振頻點，將原有的簡單RLC電路變為多諧振點的耦合諧振電路。一種方法是用寄生貼片。但是這種方法需要擴大天線的尺寸，不論是在天線刨面還是高度方面。另一種方法是在天線結構中加載LC諧振電路，諧振電路中的容性阻抗使得天線的諧振頻率低于無載天線的諧振頻率，而感性阻抗使得天線的諧振頻率高于無線天線的諧振頻率，這樣天線就有兩個相鄰的諧振點，從而拓寬了天線的帶寬。由于現代的無線移動通信要求天線小型化，因此本論文主要采用對天線的結構進行改進來拓寬微帶天線的帶寬。目前普遍采用的補償探針引入電感的方法是在輻射貼片上開出U型槽，此方法可以使得天線獲得30%的帶寬（S11

圖2-1：U型槽微帶貼片天線，且它的帶寬能達到30%

二、微帶天線的饋電方式

對微帶天線的激勵方式主要分為兩大類：直接饋電法和間接饋電法。直接與貼片相接處的方法稱為直接饋電法，目前普遍采用的有同軸背饋法和微帶線側饋法。與貼片無直接接觸的激勵方法就是間接饋電法，此類方法主要有：電磁耦合法，縫隙耦合法和共面波導饋電法等。饋電技術直接影響到天線的阻抗特性，所以也是天線設計中的一個重要的組成部分。

本論文中采用的是同軸探針背饋的天線模型，饋電探針可以直接焊接在貼片上。此饋電方法的最大優點是探針可以放置在貼片上的任何位置以達到天線的阻抗匹配，主要缺點是必須在介質基底和接地板上鉆出孔眼，從而破壞了天線的平面結構和對稱性。

三、E型微帶貼片天線的頻帶拓寬效果

眾多文獻提E型微帶貼片天線的帶寬可達到30%以上，現在我們選取一種尺寸的E型貼片天線，采用50Ω同軸線饋電，用CST仿真軟件對該天線的參數進行優化，得到了一個帶寬為35.4%的E型微帶貼片天線。

四、頻帶為1.9GHz-2.4GHz的E型微帶貼片天線

由于現代通信對于頻段的要求，本章中具體設計了一個包含1.9GHz和2.4GHz頻段的帶寬為35.7%的E型寬帶貼片天線。這些覆蓋的頻段在現代無線電通信中非常重要。為TD-SCDMA的使用頻段。

五、天線介質基板的選取

由于介質基板材料的相對介電常數、損耗正切角、介質厚度h對天線的性能影響很大，所用天線設計的第一步需確定所用介質基板及其尺寸。由于本論文主要討論天線貼片部分的性能，所用選用空氣介質，相對介電常數為1。通常情況下，要求基底介質厚度h

由于基底的過多向外延伸對這種場分布沒有明顯影響，從減小天線重量及安裝面積和降低成本著眼，基底的尺寸不應太大。試驗表明沿輻射元各邊向外延伸λ/10就可以了。本論文中采用的基底尺寸為200mm×200mm。

六、帶寬為1.9GHz-2.4GHz的E型微帶貼片天線

本文此部分展示了一個E型微帶貼片天線的各種性能，天線覆蓋了1.9GHz~2.4GHz這一無線通信中的重要頻段。天線的參數如下（millimeters）：（L，W）＝（70，50），h=15，（Xf，Yf）=（6，35），Ls=40，Ws=6，d=10。

七、E型微帶貼片天線的增益

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中圖分類號:TN2文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973 (2010) 01-099-01

1序論

超寬帶技術(UWB)是由一系列周期非常短、頻率非常高的脈沖波實現的一種通信方式,通常也被稱為脈沖通信技術。當信號頻率與中心頻率的比值大于等于25%,或者帶寬大于等于500Mbps,則為超寬帶。

將MIMO技術用于UWB系統具有很高的鏈路可靠性和速率適配能力, MIMO-UWB系統能夠在時域上很好地解決有害的碼間干擾和信道間干擾問題,原因在于接收信號具有良好的自相關及互相關特性。同時又有很多關鍵技術可以運用,見文獻[1]。

2UWB信號選取

在本文中,我們選取高斯二階信號作為發送信號,根據文獻[2]可知,從相干帶寬的數據來分析,高斯信號族相干帶寬較大。當傳輸信號帶寬大于信道帶寬時,信號經過信道將會產生頻率選擇性衰落,這種衰落將會造成傳輸信號的碼間干擾。而高斯信號所產生的碼間干擾較小。高斯二階信號又優于其它階的高斯信號。由此,可以得出高斯二階信號建立的室內信道模型較其它信號建立的模型更準確。波形表達式為:

(2.1)

其中:――脈沖幅度,取值為1;――為脈沖成型因子,取值為;――為脈沖持續時間,1/中心頻率;進行歸一化處理后可得到時域的高斯二階波形見圖1:

圖1時域的高斯二階脈沖波形

3用高斯信號仿真分析室內MIMO信道

3.1計算過程

根據射線追蹤法的詳細計算過程,我們可以求得信道的H矩陣中任意hij,可將其轉化為時域形式公式(3.1),接收波形的時域表達形式為式(3.2)

(3.1)

(3.2)

其中:為每一射線到達接收點的功率值,為相位變化,為發送信號的載波頻率,為每一射的時延,為有效射線數。為高斯二階信號,由求得。

我們將式(2.1)及式(3.1)帶入式(3.2)可化簡得到一對發送接收天線的接收波形表達式為式(3.3),總的接收波形為公式(3.4),N,M分別為發送接收天線數。

(3.3)

(3.4)

3.2仿真圖形

仿真環境: 2天線,發送天線(半波偶極子)坐標[1,1,1],[1.2,1,1];接收天線[6,7.5,0.8],[6.2,7.6,0.8],發射頻率2.35GHz~2.85GHz。以1MHz為間隔,取500個點,房間尺寸8, LOS環境。

我們把大的帶寬分為N個小的帶寬,在每個帶寬內取中心頻點進行計算,則分割之后的子信道,可視為平坦的,慢衰落信道,則可以由前文提到的頻域的射線追蹤算法進行計算,計算完每個子信道之后再進行疊加處理。得到的仿真圖為:

圖2天線的接收波形

3.3結果分析

圖2為兩個接收天線接收到的波形圖,從圖中可以看出接收端的第一條到達路徑幅度最大,原因是第一條到達路徑是直達路徑,沒有傳播損耗和反射損耗。由于是MIMO信道,則兩個發送天線到達同一根接收天線的時延不一樣,則兩個直達路徑的時延不一樣,峰值則是由接收功率決定的。把圖中的部分波形進行放大可以發現在有的位置出現了波形的混迭,原因為反射次數多,到達接收天線的幾條路徑時延很接近,時域波形進行了疊加,而由于多徑效應造成了時延展寬,引入碼間干擾。

4結論

本文以確定性的射線追蹤算法為基礎,通過理論分析選取高斯二階脈沖信號作為實驗波形,在室內MIMO情況下,進行頻帶分割,推導接收波形的公式,通過公式仿真MIMO-UWB信道的接收波形,并分析波形出現混迭是由于多徑效應造成了時延展寬,引入碼間干擾。

參考文獻:

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1 引言

XLPE電纜線路在城市供電電網中占有極其重要的地位。X LPE 電纜的安全運行對整個電力系統的穩定至關重要，一旦發生故障，將引起所轄地區重大的停電事故，造成較大的經濟和社會影響[1]。而局部放電是電纜絕緣故障早期的主要表現形式，它既是引起絕緣劣化的主要原因之一，又是表征絕緣狀況的主要特征量。對電纜局部放電進行檢測是定量分析絕緣劣化程度的有效方法之一[2]。

電纜局部放電檢測是診斷XLPE電纜早期故障的有效方法。局部放電的檢測方法主要包括聲測法、溫度測量法等非電氣測量法和差分法、電磁耦合法、電容耦合法、方向耦合傳感器及超高頻法等電氣測量法。超高頻法是近年來發展起來的一項新技術，其原理是利用裝設的天線傳感器接收由電纜局放陡脈沖所激發并傳播的超高頻電磁波來檢測局放信號。它的主要優點有：抗低頻干擾能力強，能對局放源進行定位，根據所測信號的頻譜，可以區分不同的缺陷類型，同時可進行長期現場監測，靈敏度能滿足工程要求[3]。超高頻法采用的傳感器大致分為內置型和外置型兩類。內置型傳感器可以獲得較高的靈敏度，但是對制作安裝的要求較高，最常用的就是電容耦合傳感器。外置型傳感器的靈敏度較內置的差些，但是安裝靈活，不影響設備的運行，安全性高，最常用的是天線傳感器[4，5]。當電纜發生局部放電時，在超高頻段有豐富的頻率分量，而寬帶平面螺旋天線是檢測超高頻局部放電信號非常有效的傳感器。由此本文通過對阿基米德螺旋天線和對數螺旋天線兩種平面螺旋天線進行對比，制作了一種工作頻帶在400MHZ～1GHZ的阿基米德螺旋天線，利用高頻電磁仿真軟件Ansoft HFSS對對數螺旋天線和阿基米德螺旋天線進行了仿真和分析，仿真結果表明兩種天線在400MHZ～1GHZ有效工作頻帶內，都具有較高的靈敏度和優越的性能，滿足各項性能指標的要求。

2平面螺旋天線的設計

2.1 天線的性能要求

為了使天線較準確的采集到XLPE電纜發生局部放電時所激發的電磁波信號，必須滿足以下要求：

（l）可以較好的接收信號并且能抑制現場干擾信號；

（2）帶寬和中心頻率要合適，結構簡單，尺寸小，便于使用和安裝；

（3）電壓駐波比小于2，并且具有較高的增益和靈敏度，易于實現阻抗匹配[6]。

2.2 天線的設計

2.2.1等角螺旋天線

等角螺旋天線是一種頻率無關天線，天線的形狀由具有一公共軸和相同參數的等角螺旋線構成。天線具有由平衡饋電線饋電的兩個臂，螺旋線的等角臂形成在同一平面上。天線表面非導電介質部分的形狀和尺寸與螺旋等角臂的形狀和尺寸全等。一般情況下該天線需視其對工作帶寬的要求，用 1.5～3 匝做成[7]。螺旋線的極坐標表達式為：

（1）

為螺旋線矢徑；為極坐標中的旋轉角；為時的起始半徑；為螺旋率，它決定著螺旋張開的快慢。

天線的最低工作頻率和最高工作頻率可以按下式計算：

（2） 其中為螺旋臂起始點到原點的距離，為螺旋臂末端到原點的距離，為上限工作頻率對應的波長，為下限工作頻率對應的波長。

用Ansoft HFSS軟件做出的天線輻射面如圖1。對數螺旋天線的各個尺寸為：，，匝數=1.5，。

2.2.2阿基米德螺旋天線

平面阿基米德天線螺旋線的方程為：。其中為曲線上任意一點到極坐標原點的距離，為方位角，為起始角，為螺旋線起始點到原點的距離，為常數，稱為螺旋增長率。該天線的參數計算方法如下：

式中為天線外徑，為天線內徑，為上限工作頻率對應的波長，為下限工作頻率對應的波長。愈小螺旋線的曲率半徑愈小。在外徑相同的條件下，螺旋線總長度越大，終端效應越小，波段持性較好。但太小，圈數太多，傳輸損耗就會加大，通常取每臂大約20圈。螺旋線寬度大一些，其輸入阻抗就低一些。自補結構輸入阻抗理論值，實際結構輸入阻抗約為左右。若螺旋線寬度大于間隙寬度，則可降低輸入阻抗[8]。

用Ansoft HFSS軟件做出的天線輻射面如圖2。阿基米德螺旋天線的各個尺寸為：，，匝數=22.8，。

2.2.3巴倫的設計

平面螺旋天線是平衡對稱結構，其饋電方式為平衡饋電。天線傳輸線采用同軸電纜，然而同軸線雖然屬于超寬帶饋電線，并且具有良好的寬頻帶特性，但是其饋電方式為非平衡饋電，因此需要增加平衡饋電到非平衡饋電的轉換裝置即巴倫。巴倫一般分為同軸線巴倫、雙面微帶線巴倫、共面微帶線巴倫、三線巴倫和Marchand巴倫五種。本文采用指數漸變線式的平行雙線微帶巴倫，以此來滿足寬帶平面螺旋天線對于寬帶、平衡饋電的要求。所謂平行雙線分別指微帶線和其對應的地板，當微帶線的地板同微帶線本身都應用指數漸變，且變換至同樣的寬度時，就由初始端的非平衡饋電變成了平衡的平行雙線饋電結構，并且在此變換過程中實現了阻抗變換，因此這種指數漸變線結構巴倫就實現了阻抗匹配和非平衡到平衡的變換[9]。

該巴倫分為正反兩面，雙面均為微帶漸變線。始端寬度不同，接同軸電纜，終端寬度漸變到相等，接天線雙臂。平行雙線漸變線巴倫結構圖如圖3所示。

由于平面阿基米德螺旋天線的輸入阻抗為，所以在工作頻帶內由輸入端的變為輸出端的。其非平衡端

線寬可按微帶線寬計算，[10]。根據唯一性定理和鏡像原理，其特性阻抗約為同樣寬度的微帶線端口阻抗的2倍，根據上述計算方法，可得巴倫的各項參數為，，，[11]。

3 仿真結果

據XLPE電纜局部放電的特性，高頻電磁仿真軟件Ansoft HFSS對對數螺旋天線和阿基米德螺旋天線進行了仿真和分析。如下進行詳細的分析。

天線的介質基板選取的是環氧樹脂板，它的介電常數，介質基板的厚度。

3.1駐波比

電壓駐波比系數VSWR通常用來表征天線與饋線的匹配情況，計算公式為：，其中：為反射損耗的反射系數。它與傳輸特性阻抗的關系為：

，式中：為天線的輸入阻抗；為傳輸特性阻抗。對數螺旋天線電壓駐波比如圖4所示，阿基米德螺旋天線電壓駐波比如圖5所示。

3.2增益

天線增益是綜合衡量天線能量和方向特性的參數，通常以天線在最大輻射方向上的增益作為天線的增益，以天線在最大輻射方向的方向系數作為這一天線的方向性系數。天線在某方向的增益G是它在該方向的

輻射強度同天線以同一輸入功率向空間均

勻輻射的輻射強度之比，即：

式中：U為天線在某方向的輻射強度；為輸入功率[12]。阿基米德螺旋天線的三維增益方向圖如圖6所示，對數螺旋天線的三維增益方向圖如圖7所示：

由仿真結果分析可知，阿基米德螺旋天線具有較小的尺寸、較大的增益、結構簡單的優點，并且便于安裝使用。因此本設計采用阿基米德螺旋結構做出了天線實物，并進行了現場測試，天線仿真圖圖8和實物圖圖9如下：

4 結語

根據XLPE電纜局部放電的特性，高頻電磁仿真軟件Ansoft HFSS對對數螺旋天線和阿基米德螺旋天線進行了仿真和分析，仿真結果表明兩種天線在400MHZ～1GHZ有效工作頻帶內，都具有較高的靈敏度和優越的性能，能夠滿足各項性能指標的要求，并且設計了適合于XLPE電纜局放檢測的超高頻天線，天線中心頻率為700MHZ，天線在Z軸正方向具有最大增益值。

設計采用平行雙線漸變線巴倫經50同軸電纜饋電，天線具有超寬頻帶特性，經仿真和測量，在整個有效帶400MHZ～1GHZ內電壓駐波比小于2， 并且具有較高的增益和靈敏度，可以較好的接收信號并且能抑制現場干擾信號，易于實現阻抗匹配，測試達到了要求。

阿基米德螺旋天線具有較小的尺寸、較大的增益、結構簡單的優點，被用來檢測XLPE電纜局部放電的超高頻信號，此天線具有便于對電纜局放進行非接觸檢測，其具有較高的靈敏度和良好的方向性，能夠滿足各項性能指標的要求，同時還可以隔離工頻信號和避免空間電暈以及周期性脈沖信號的干擾。

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篇（10）

一、引言

隨著通信需求量的增加，為保證整個網絡的信號覆蓋和通信質量，興建了大量的基站，這同時增加了環境中電磁輻射水平，引起了社會對電磁輻射對公眾健康的影響的廣泛關注。因此，探究基站電磁輻射對環境及公眾健康的影響意義重大。對于處于不同的地形地貌、環境、地區等的不同類型的基站天線，電磁輻射也各不相同，實地測量費時費力，需要對于具體移動通信基站天線輻射的電磁場值的大小和分布情況，才能研究電磁污染程度，從而確定通信基站選址是否合適。本文從理論數值計算方面分析和研究，模擬基站天線電磁輻射過程。實用軟件進行仿真，節省更多的人力，物力，財力。更高效，合理，全面的建立基站。此模型的建立與推廣應用對通信基站的輻射環境管理，設計建設，環境影響預測和評估具有重要指導意義，對誠城市可持續發展，城市電磁輻射環境規劃和保護具有現實意義和深刻影響。

二、國家頒布的技術標準

國家環境保護局、衛生部頒發了《公眾照射導出限值》（GB8702-88）與《環境電磁波容許輻射強度分級標準》（GB9175-88）兩個主要技術標準，并頒布了《電磁輻射防護規定》、《環境電磁波衛生標準》兩項技術標準。1997年3月，又國家環境保護18號令及《電磁輻射環境保護管理辦法》等。

中華人民共和國國家標準“電磁輻射防護規定”（GB8702-88）規定：在一天24小時內，電磁輻射場量在任意連續6 min內的平均值應滿足（30～3000MHz）：

職業照射≤2W/m2=200滋w/cm2

公眾照射≤0.4W/m2=40滋w/cm2

三、模型建立

3.1電磁輻射模型一：理論預測模型

自由空間是指一種理想、均勻的、各項同性的介質空間，當電磁波在該介質中傳播時，不發生反射、折射、散射和吸收現象，只存在電磁波能量擴散而引起的傳播損耗。

電磁波在自由空間中的傳播損耗公式為：

Ls=32.45+20lgr（Km）+20lgf（MHz）

式中：Ls―――電磁波在自由空間的損耗；r―――天線軸向與被測點的直線距離；f―――電磁波的頻率；

測試點實際接收的電磁波接受功率為：

從表四的預測結果中看出，當遠場軸向距離為14.63m時，符合國家一級標準，功率密度已下降到0.08W/m2以下。

兩個模型得到的安全距離大致吻合，也就是說，當場點距離大于14.63m以后，都符合國家一級標準，移動基站的電磁輻射不會對環境造成危害。

四、軟件仿真

在實際操作中，模型的計算比較繁瑣，而將理論模型導入軟件，制出專門分析移動基站電磁輻射的軟件，便于我們對移動基站的選址、估算。

我們利用VC++中MFC應用程序框架制作軟件進行仿真，將上述兩個模型導入軟件中，系統自動計算，只有當兩個模型的求解值都滿足國家一級標準時才輸出可以建立基站。

在圖3中輸入相應參數。

參考文獻

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