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圡问一个天线增益问题

12-30
天线的方向性是不是对发送和接收都一样?在某个方向上发射功率集中意味着这个方向上接收信号能力强?

对的。
.95

谢谢。
那对于有波束成型功能的阵列天线,接收时每个阵元上感应的电流是确定的吧?主要靠各个阵元信号的加权信号合并来获得对特定方向上的增益?
这样会不会可以同时受到多个方向来的信号?分别计算最优权值合并即可?
天线外行,请多指教。

天线阵中每个阵元上的接收信号强度是由多径信号叠加后产生的干涉图样决定的。
如果已知波达方向(DOA),可以分别计算各个DOA的最优权值,然后合并。但是实际上,DOA也是要从接收信号中检测,而且并不像想象的那么容易和可靠,所以实际上更多的是直接从接收信号中检测与之匹配的加权值。

直接从接收信号中检测匹配的加权值,是怎样做到的呢?是不是只能检出最强的那一路信号?

各天线阵元上的信号强度积相位差都可以检测出来

怎么做,取决能获得的信息。
只能获得接收信号的信息,就直接对接收信号合并
能获得接收到的有用信号和噪声的信息,就对有用信号和噪声分别加权处理
能获得接收到的有用信号、干扰和噪声的信息,就对有用信号、干扰和噪声分别加权处理
能获得接收到的有用信号的幅度、相位、时延信息,就分别处理。
你所说的检出最强的,未必可获得,也未必最好。

感谢synsun,yng和Aday等版友加入讨论。
再问一下:MIMO发射端空时编码,对某个方向的接收机在已知信道矩阵的情况下进行优化,会不会改变天线发出的波瓣方向和能量?自己想了一下应该不是。那么直线上的并排的几根天线构成的直线形天线阵的方向增益在通信中应该是一直保持不变,并且不是对称圆形的,这会不会造成不公平?
还是这种直线型天线的方向图是非常接近圆形的?

通信系统的多天线技术的天线本身,有两种状态,一种是阵列天线。
一种是独立的多个天线(两个不同极化的天线、两个间隔大于1个波长以上的天线等),是否独立,与天线形势有关,与信道有关。判断标准就是这两个天线收发信号的相关性,相关性低于一定值,就可以认为是独立的。
阵列天线的多天线上的信号是相关的,因此,可以做波束赋形。独立的多天线(或称分布式)信号是独立的,不能做波束赋形(所谓的大间距天线的波束赋形的概念是不对的)。因为你无法通过控制阵列天线方向图的方法实现增强终端接收的目的。
目前通过阵列天线做MIMO的做法,是一种很奇怪的做法,完全可以独立的考虑,因为两者要解决的不是一个问题,解决的方式也不一样,没必要混为一谈增加难度。
你后面的问题我有点看不明白,你可以具体的说。

你的天线常识是香港老和尚教的吗?
啥叫天线发出的波瓣方向和能量?
啥叫直线型天线?

大囧。。。
那叫辐射方向图?电磁场强度吧

第二个问题是:一排沿直线排列的单极子天线构成的发射天线,其合成辐射方向图是不是圆形或接近圆形的?如果不是圆形的,由于发射端空时编码不会改变辐射方向,会不会造成有些方向(旁瓣)上覆盖范围小于另外一些(主瓣)方向?
根据刚才的解释,在MIMO中天线之间基本不相关,距离也在波长长度左右,因此这种天线的合成方向图是基本接近圆形的,不存在上述问题。
不知道我的理解对不对?

Aday老师,请教个问题。
我觉得即使是大间距天线,在赋予一定权重的时候,在空间肯定是某种方向图的。只是大间距天线的权重必须根据实时信道快速改变,因此在空间的这个波速是快变而不稳定的。
小间距天线怎能够比较稳定的指向某个方向。
所以我觉得所谓独立多天线不能控制阵列天线方向图,只是因为实际上很难控制稳定波形而已。
请Aday老师指教。

从天线阵列的角度来说,都可以计算出天线阵列的方向图,不管间距多大。
实际上为什么没有意义呢,因为天线阵的方向图的意义在于,终端接收的信号强度,和天线阵的方向图有关,不同方向的终端。比如间距0.5波长2天线,其端射方向的终端和侧射方向的终端,接收功率(平均)和天线阵的方向图成比例。如果间距是4个波长,那么可能端射和侧射方向的终端,接收的平均功率就差异很小。所以这个时候,所谓的天线阵的方向图,是没有意义的。因为两路信号的空间衰落是独立的。
这种独立性较强的天线信道,当然也可以加权增强终端的接收功率(接收加权是最简单的例子),但这时候的加权,是为了匹配多路天线信号的衰落,不是为了形成方向图,换句话说,相关的情况下,知道DOA就可以通过控制方向图来改善收发效果,但是不相关的情况下,知道DOA也没办法通过控制方向图来改善收发效果。即,如果4个间距10波长的天线,即使你知道空间信道的角度,也实现不了赋形。

水平面是全向的单元天线构成的直线阵的方向图的主瓣在垂直直线的角度上,单元越多,主瓣越窄。不再是水平全向的。
空时编码的空间码,因为是同时在两个天线上发相同的信息,如果两天线独立性不够,是会造成赋形效果的。
我前面说的意思是,不相关的多天线(和天线阵列形式有关,和空间信道有关),不存在阵列方向图的问题。或者说,没有空间特性,在空间任意方向都是两路独立随机信号的叠加。

感谢Aday老师。
我的理解是,因为小间距天线形成的方向图,是随着DoA角度有明显强弱规律的。而大间距天线形成的方向图,其信号强弱随着DoA角度是杂乱无序的。
所以,大间距天线事实上无法形成一个稳定的波束,因此也就无所谓Beamfromg。

多谢耐心解释,差不多明白了。如果有相关性的话,MIMO发射天线还是会出现方向性的,
靠空时编码不会改变这种天线波束的方向性,但是可以改变不同方向上接收天线的接收效果。是这个意思吧?

差不多。
举一个例子,如果天线间距较大,相关性较弱,那么公共信道就无法通过天线阵方向图的优化来覆盖。因为此时即使优化了一个很好的方向图(例如3dB65度),但实际上的覆盖主要由天线单元的方向图决定的。天线阵方向图与实际各方向终端接收的平均信号强度关系不大。

但是小间距的天线,信号相关性强,就完全可以通过优化天线阵方向图来传输公共信道,即使天线单元的3dB是100度,也可以优化出65度的天线阵方向图进行覆盖。

相关性强,那么相同时频资源传送相同原始数据的话,一定会形成波束。即多个单元辐射方向图的加权叠加在空间形成了阵列方向图,这个阵列方向图决定天线阵向空间各个方向的辐射能量,很可能在某个方向形成零陷。
相关性弱,天线阵本身也会形成阵列方向图,但各个方向的终端的接收信号强度主要不是由阵列方向图决定,而是由各个单元方向图+各单元的空间信道的叠加决定。
换句话说,终端接收信号强度可以简单写为:
    发射机功率+天线在该方向的增益+路径损耗+阴影衰落+快衰落
相关性强的多天线形成天线阵,上述可简化为:
    发射机功率+天线阵在该方向的增益+路径损耗+阴影衰落+快衰落
如果相关性弱,那么就没办法将天线/天线阵增益这项提出来,只能写成:
    sum(发射机功率+天线单元在该方向的增益+路径损耗+阴影衰落+快衰落)
根源在于衰落的相关性弱。

多谢Aday解释的这么清楚。以后会多请教的。

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