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天线是任何无线通信系统的必需组成部分。天线的功能就是定向辐射或接收无线电波信号。发射状态下传输线中的高频电磁能转成为自由空间的电磁波，接收状态下将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能。无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。
根据应用领域的的不同，对于众多品种的天线，有不同的分类方式。
按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；
按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；
按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；
按外形分类，可分为线状天线、面状天线等。
天线应能将导波能量尽可能多的转变为电磁波能量。天线应使电磁波尽可能集中于所需的方向上，或对所需方向的来波有最大的接受即天线具有方向性。天线应能发射或接收规定极化的电磁波，即天线有适当的极化。天线应有足够的工作频带。
天线主要分为两种类型：窄带天线和宽带天线。每种天线都有针对特定应用的属性。
什么是窄带天线？
窄带天线只覆盖有限的频率范围和为数不多的几个信道。偶极子天线和标准增益喇叭就是窄带天线。对于这些基础设计，根据天线的尺寸计算增益因子比较容易。但是，计算出的增益系数并没有考虑适配器损耗，以及平衡–不平衡转换器和相连的其他器件。
什么是宽带天线？
宽带天线覆盖的范围广、信道多。常见的宽带天线包括双锥天线(bicon)、对数周期天线(LPA)、双对数天线（双LPA）和双脊波导喇叭天线。对于这些复杂的设计，即使借助复杂的建模软件，通过数学方式来推导增益系数也不是一件容易的事情。
天线性能的几个重要属性
增益系数——自由空间，远场和近场
辐射方向图
电压驻波比(VSWR)和回波损耗
极化——水平、垂直、圆形和自由空间
波束宽度——3dB或用户定义的宽度
在某些情况下，ANSI和CISPR标准要求进行特定的测量，例如测量天线对称性或天线平衡。正确的天线校准从进行基本的功能检查开始，检查项目包括上述列表中的所有属性。
这项测量在水平面上显示了X频段雷达的远场天线方向图。
天线技术
随着更高吞吐量应用的急剧增长，无线系统需要更宽的带宽。由于分配的频谱有限，工程师必须寻找方法来提高频谱效率。大多数无线通信系统使用多天线技术来增加接收机的稳定度、数据吞吐量和信噪比(SNR)。我们来看一看其中一些既重要而又常用的多天线技术。
空间分集系统
在无线通信系统中，多径会导致无线信号从两个或更多路径到达接收机的天线。当多径信号到达接收机时，取决于它们的相对相位，它们将进行有益或无益的结合。空间分集，也称为天线分集，为解决信号多径问题提供了一个办法。它使用两个或更多个天线，通过信道切换、信号加权或时延来改善无线链路的质量和可靠性。
图1(a)显示了一次简单的切换，涉及接收到的射频信号、中频(IF)信号或数字基带信号的组合。图1(b)显示了最大比率组合图，其中接收信号的幅度在组合之前进行了加权。加权算法设定了增益，以便尽量提高接收机功率或信噪比等指标。图1(c)显示了接收机侧的一种波束赋形系统，其中使用了数字自动时延均衡器将有时延的信号对准和组合。本文将在后面讨论波束赋形技术。
为了仿真接收机测试的多径信号，您需要一个信号发生器（信号源）和一个多端口射频衰落器来仿真多径场景。另一种办法是使用多个基带信号发生器来仿真场景，并使用多个信号发生器把基带多径器信号上变频为射频信号。
图1．空间分集技术
空间多路复用系统(MIMO系统)
空间多路复用系统也称为MIMO系统，它使用多个发射天线和接收天线来利用多径传播。MIMO系统将数据编码通过信号发射，而后接收机在接收到信号后，能够处理和分拆多径信道，从而恢复原始数据。为了恢复原始数据，MIMO系统在计算上使用了反向信道属性估计算法。图2显示了一个2x2MIMO图，其中两个比特被同时发送以使数据吞吐量翻倍。下面是一个简单的公式。
如果可以对无线信道(h矩阵）进行预估，那么接收机可以通过信号处理来恢复发送信号(s1和s2）
图2．一个2x2（两个发射机和两个接收机）MIMO系统。
以上计算的基础是时序对齐的信号，以及使用公共本振来上变频或下变频多信道信号。这种技术加剧了仿真多信道射频信号的测试挑战，因为大多数商用信号发生器拥有单独的基带信号发生器和本振。
波束赋形系统
使用多天线还有另一个重要功能，即形成一个窄天线波束。相干驱动天线（在天线元件之间会有适当的相位时延）可以形成信号波束。相控阵天线能够使用波束赋形网络(BFN)中出现的时延，产生沿特定方向传播的均匀波前。均匀波前可以使一组低方向性的天线在发射或接收应用中表现得像高方向性天线一样。信道之间的相位时延决定了天线方向图，如图3所示。时延则改善了接收机的信噪比并降低了该区域的整体干扰。
图3．相控阵天线通过调整相干天线之间的相位来形成波束。
这三种多天线技术需要精确的基带时序对准和一个分配到多个信道的公共本振，从而能鸲发挥有效作用，增加分集、多路复用或天线增益。但是，这种场景与仿真多信道信号和商用信号发生器不适合。大多数信号发生器都配有独立的基带信号发生器和合成器，适合建立单信道射频系统。所有基带信号发生器必须同步，且在所有信号发生器之间，所有合成器都必须相位相干。
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