智能天線

前言

　　2001年7月間，電子工業(yè)出版社的領(lǐng)導(dǎo)同志邀請各高校十幾位通信領(lǐng)域方面的老師，商量引進(jìn)國外教材問題。與會同志對出版社提出的計劃十分贊同，大家認(rèn)為，這對我國通信事業(yè)、特別是對高等院校通信學(xué)科的教學(xué)工作會很有好處?！　〗滩慕ㄔO(shè)是高校教學(xué)建設(shè)的主要內(nèi)容之一。編寫、出版一本好的教材，意味著開設(shè)了一門好的課程，甚至可能預(yù)示著一個嶄新學(xué)科的誕生。20世紀(jì)40年代MIT林肯實驗室出版的一套28本雷達(dá)叢書，對近代電子學(xué)科、特別是對雷達(dá)技術(shù)的推動作用，就是一個很好的例子?！　∥覈I(lǐng)導(dǎo)部門對教材建設(shè)一直非常重視。20世紀(jì)80年代，在原教委教材編審委員會的領(lǐng)導(dǎo)下，匯集了高等院校幾百位富有教學(xué)經(jīng)驗的專家，編寫、出版了一大批教材；很多院校還根據(jù)學(xué)校的特點和需要，陸續(xù)編寫了大量的講義和參考書。這些教材對高校的教學(xué)工作發(fā)揮了極好的作用。近年來，隨著教學(xué)改革不斷深入和科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，有的教材內(nèi)容已比較陳舊、落后，難以適應(yīng)教學(xué)的要求，特別是在電子學(xué)和通信技術(shù)發(fā)展神速、可以講是日新月異的今天，如何適應(yīng)這種情況，更是一個必須認(rèn)真考慮的問題。解決這個問題，除了依靠高校的老師和專家撰寫新的符合要求的教科書外，引進(jìn)和出版一些國外優(yōu)秀電子與通信教材，尤其是有選擇地引進(jìn)一批英文原版教材，是會有好處的?！　∫荒甓鄟?，電子工業(yè)出版社為此做了很多工作。他們成立了一個“國外電子與通信教材系列”項目組，選派了富有經(jīng)驗的業(yè)務(wù)骨干負(fù)責(zé)有關(guān)工作，收集了230余種通信教材和參考書的詳細(xì)資料，調(diào)來了100余種原版教材樣書，依靠由20余位專家組成的出版委員會，從中精選了40多種，內(nèi)容豐富，覆蓋了電路理論與應(yīng)用、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、微電子、通信系統(tǒng)、電磁場與微波等方面，既可作為通信專業(yè)本科生和研究生的教學(xué)用書，也可作為有關(guān)專業(yè)人員的參考材料。此外，這批教材，有的翻譯為中文，還有部分教材直接影印出版，以供教師用英語直接授課。希望這些教材的引進(jìn)和出版對高校通信教學(xué)和教材改革能起一定作用?！　≡谶@里，我還要感謝參加工作的各位教授、專家、老師與參加翻譯、編輯和出版的同志們。各位專家認(rèn)真負(fù)責(zé)、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、不辭辛勞、不怕瑣碎和精益求精的態(tài)度，充分體現(xiàn)了中國教育工作者和出版工作者的良好美德。　　隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對高校教學(xué)工作會不斷提出新的要求和希望。我想，無論如何，要做好引進(jìn)國外教材的工作，一定要聯(lián)系我國的實際。教材和學(xué)術(shù)專著不同，既要注意科學(xué)性、學(xué)術(shù)性，也要重視可讀性，要深入淺出，便于讀者自學(xué)；引進(jìn)的教材要適應(yīng)高校教學(xué)改革的需要，針對目前一些教材內(nèi)容較為陳舊的問題，有目的地引進(jìn)一些先進(jìn)的和正在發(fā)展中的交叉學(xué)科的參考書；要與國內(nèi)出版的教材相配套，安排好出版英文原版教材和翻譯教材的比例。我們努力使這套教材能盡量滿足上述要求，希望它們能放在學(xué)生們的課桌上，發(fā)揮一定的作用?！　∽詈螅A(yù)?！皣怆娮优c通信教材系列”項目取得成功，為我國電子與通信教學(xué)和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展培土施肥。也懇切希望讀者能對這些書籍的不足之處、特別是翻譯中存在的問題，提出意見和建議，以便再版時更正。

內(nèi)容概要

　　 本書結(jié)合大量的MATLAB例子，詳細(xì)論述了智能天線所包含的理論與技術(shù)。全書共8章。第1章介紹智能天線的研究背景、目的、理由和優(yōu)點。第2章概述電磁學(xué)中的基本原理。第3章論述一般的天線理論。第4章論述天線陣原理。第5章講述隨機(jī)變量和隨機(jī)過程的基本原理。第6章闡述信道傳播特性。第7章討論各種譜估計方法。第8章講述智能天線。本書結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)容豐富，仿真代碼完整，習(xí)題解答仔細(xì)。

書籍目錄

第1章  引言  　1.1  什么是智能天線　1.2  為什么智能天線正在興起　1.3  智能天線的優(yōu)點　1.4  智能天線涉及的學(xué)科　1.5  本書概述第2章  電磁場基本原理  　2.1  麥克斯韋方程　2.2  亥姆霍茲波動方程　2.3  直角坐標(biāo)系中的傳播　2.4  球面坐標(biāo)系中的傳播　2.5  電場的邊界條件　2.6  磁場的邊界條件　2.7  平面波反射和透射系數(shù)　2.8  水平地面?zhèn)鞑ァ?.9  刀邊繞射第3章  天線基本原理   　3.1  天線場區(qū)　3.2  功率密度　3.3  輻射強度　3.4  基本天線術(shù)語　3.5  弗里斯傳輸公式　3.6  磁矢量位和遠(yuǎn)場　3.7  線天線　3.8  環(huán)形天線第4章   天線陣基本原理   第5章  隨機(jī)變量和隨機(jī)過程   第6章  傳播信道特性  第7章  到達(dá)角估計   第8章  智能天線

章節(jié)摘錄

　　1.3 智能天線的優(yōu)點　　智能天線在無線應(yīng)用領(lǐng)域和雷達(dá)等遙感領(lǐng)域有著巨大的優(yōu)勢。在無線移動應(yīng)用領(lǐng)域中，智能天線可以通過讓窄波束指向期望用戶，讓零點對準(zhǔn)其他不需要的用戶，從而提供更高的系統(tǒng)容量。這就允許信噪比更高、功率電平更低，并允許同一小區(qū)頻率復(fù)用因子更高。這一概念被稱為空分多址（Space Division Multiple Access，SDMA）。在美國，大多數(shù)基站將每個小區(qū)劃分為3個120。的扇區(qū)，如圖1.2（a）所示。這使得單個小區(qū)中系統(tǒng)容量潛在地提高了3倍，因為在3個扇區(qū)中每個扇區(qū)的用戶可以共享相同的頻譜資源。大多數(shù)基站都可以修改成每個扇區(qū)都包含有智能天線。這樣，120°的扇區(qū)能夠如圖1.2（b）所示那樣進(jìn)一步劃分。從而能夠進(jìn)一步降低功耗電平，并且獲得更高的系統(tǒng)容量和更大的帶寬?！　≈悄芴炀€的另一個優(yōu)點是能夠減輕多徑效應(yīng)的不利影響。正如第8章將要討論的，采用恒模算法控制智能天線可使多徑信號為零，這將極大地減少多徑信號的衰落。因為智能天線能夠同時降低共道干擾和多徑衰落，所以可以獲得更高的數(shù)據(jù)率。多徑衰落減小不僅有利于移動通信，而且還應(yīng)用到許多雷達(dá)系統(tǒng)中。　　智能天線用來增強測向（Direction-finding，DF）技術(shù)，通過更準(zhǔn)確地確定到達(dá)角（Angles-Of-Arrival，AOA）來實現(xiàn)。采用大量的能精確分離出到達(dá)角的譜估計技術(shù)，其精度超過了天線陣的分辨率。該主題將在第7章詳細(xì)討論。準(zhǔn)確估計到達(dá)角在雷達(dá)系統(tǒng)中特別有利，可用于設(shè)想物體或精確跟蹤運動物體。智能天線測向能力也增強了地理位置服務(wù)，使無線通信系統(tǒng)能夠更好地確定特定的移動用戶位置。此外，即使在沒有參考信號或訓(xùn)練序列時，智能天線也能使天線陣主波束指向期望信號。這種能力稱為盲自適應(yīng)波束形成?！　≈悄芴炀€在MIMO通信系和波形分集MIMO雷達(dá)系統(tǒng)中也起重要作用。由于分集波形在發(fā)射天線陣中的每個陣元中傳輸，而在接收天線陣合并，所以智能天線在修改輻射方向圖時將起重要作用，以充分利用存在的多徑。采用MIMO雷達(dá)，智能天線可以利用每個陣元的各種信號間的獨立性，以便利用目標(biāo)閃爍來提高性能，增加天線陣分辨率，減輕雜波。

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