时间：2023-09-23 18:37:48
我说我想体验生活，于是一大早老妈就让我去买菜。不料在菜市场里算钱时，我被卖菜的老奶奶算得头昏脑涨。等我晕头转向地走出菜市场后，才发现数学成绩在班上一直名列前茅的我多付给了那老奶奶3元5毛钱。
吃饭时，听老妈说城北有个知名作家签名售书，那可是我仰慕已久的作家，我赶紧放下饭碗，朝城北奔去。当我匆匆赶到时，场内已经挤满了人，台上站着一个年轻漂亮的女主持人：“投影仪上是××先生这部新作中的一段，在场的各位如果能上台说出这段话的意旨，便可免费获得这本新书以及……”
在学校期间就精通于各种语文阅读理解试题的我高举着手，努力挤进人群。在主持人的帮助下，我终于登上了台。我激动地握着话筒用颤抖的声音说道：“这篇文章使用……的手法，生动形象地表现出……并成功运用了……的抒情方式。描绘了……表达了作者……的思想感情。”我自认为分析得十分透彻，可当我说完，台下一片哗然。这时我瞥见坐在台边的那位知名作家正皱着眉头看着我，我快步走到他身边，问道：“××先生，难道我分析得不对吗?”他站起身来，轻声在我耳边说道：“这位同学，你确定你刚才分析的真的是我的作品吗?”
我尴尬地离了场，拼命往家里跑，我开始后悔来这个鬼地方了。
一进小区，就看到两个老外向我走来，我又激动了，我不能再像三年前见到老外时那样落荒而逃了。高中三年来，我背默了数以万计的英语单词，做了无数单选题、完形填空题、阅读题和句型转换题，我感觉自己的英语水平已经突飞猛进了。这时他们已经来到我面前了。“Hello!Welcome to China!”我毫不犹豫地向他们打招呼，并且认为这句英语我说得非常流利，但是他们中的一位马上回了一句更流利并且我没听懂的英语，我顿时呆住了，只好结结巴巴地回了一句：“Sorry!I，I，I……还有急事!先走了!”然后撒腿就跑。
我狼狈地逃回家，老妈笑容满面地问道：“宝贝，今天过得开心吗?”
2022深圳回南天什么时候结束
回南天这种天气现象多出现在每年2、3月份的交替季节，一般在4月份就结束。
回南天是南方的一种特有天气，原因就是南方的气候相比北方要潮湿和温暖。而深圳作为沿海城市，水分更是十足，而回南天是一种气温返潮的现象，一般都会出现在春节前后，主要是因为冬天的冷空气离开后，温暖湿润的气流回流，导致气温回升的同时空气湿度增大，而当较冷物体表面接触到湿暖的气流后，就会产生许多水珠。
深圳回南天一般持续多长时间
深圳回南天一般持续多长时间是大家经常会问的，就目前的情况看回南天一般可以持续3～5天，一般有冷空气回补的话，回南天会马上消失，如果一直温暖的话，持续3-5天的时间，长的话可超过半月。如果要完全摆脱这样的天气，每年都是清明过后，因为每年的清明时节细雨纷纷，节后春耕都是这样的天气，一般在4月15号，后可以摆脱这样的持续天气了。
深圳有回南天吗
深圳有回南天。
2-3月份是海上暖湿气流增强、北方冷空气频繁南下的碰撞时期，所以经常会出现冷暖快速转换的现象。在冷空气持续控制下，暖湿气流会快速北抬抢夺主控权，所以气温和湿度都会随着迅速升高，室内地板、玻璃等温度回升比较慢，内外温差不断拉大，空气中的水汽就会在温度低的物体上凝结出来，所以地面、墙壁就会有“出水”的现象，这就是所谓的“回南天”导致的。
回忆你和她在一起的身影，那种快乐的神情刺痛了我的眼睛；回忆你和她比赛写作业，那种对彼此的热情超出了我的承受能力；回忆为了成全你们我默默地帮你值日，那种痛苦无人知晓包括你；回忆你亲口对我说你喜欢她，那一刻我的世界天崩地裂。
这一切我只能默默忍受，甚至还要强颜欢笑去凑成你们俩。
我特意制造机会让你们有更多的相处机会，而我自己却在隐蔽处流泪；我把你们的事情传得沸沸扬扬，我看到了你眼里对我的感激；我放弃了和自己最好的朋友形影不离的机会，为了你我失去了友情。
只因为，你是我最爱的人，而她是我--最好的朋友。
我和你也有回忆，只是只有我的付出。
我把我最爱吃的牛肉干放到你伸出的手上，看着你满足的样子我就高兴。你知道吗？对于我来说那是唯一的零食，可我却把整包的都给了你。换回的是你边吃边和她谈笑风生，留下我在那里忍受着饥饿。
和你的过去，我曾经充满希望过。
我以为在我打你的时候你没有还手，是因为你还知道心疼我。后来我终于知道，也许你是顾及到她的感受。我以为我们在公开课上想的答案是一样的，那是我们有心灵感应。后来我终于明白，也许那只是一种凑巧。
你和她的是过去，那我和你的是现在吧。
当我们到初中里分了不同的班，我已经下定决心放弃你。可是为什么，我和你的事情会在你们班乃至其他班传得沸沸扬扬？如果从那时候起，我们从此形同陌路，没有人会在路上叫我是你的GF，也许我现在会活得很快乐。
尽管，现在我们仍旧是形同陌路。
因为抱着那一丝希望，我会刻意地与你去邂逅。只是最终留下的是你冷冷的背影，我孤寂的眼神。看到你们班的那群人和你从我身边经过，他们都在起哄，你每一次都说“不要乱说。”
1 引言
在移动通信系统中，智能天线以其在抗衰落、抗干扰和提高系统容量方面的巨大优势得到广泛关注。智能天线一般分为两大类：多波束智能天线与自适应智能天线。其中多波束天线可以通过频率复用成倍地提高系统容量，而且由于使用窄波束而具有很高的增益。阵列天线在构成多波束时，由于阵中单元波瓣的影响，会导致天线波束增益在不同角度上存在一定的下降，阵中单元波束越窄，增益下降越明显。因此迫切需要一种阵中波束宽度很宽的双极化辐射单元。
以往的研究中，宽波束天线多针对相控阵系统设计为圆极化或单极化。很少有针对于移动通信系统的双极化宽波束基站天线单元的研究。随着智能天线的应用和发展，越来越多的学者对宽波束天线进行了有益的研究。文献[1]中从理论上分析了复合辐射单元的远场辐射特性；文献[2]利用寄生单元提高波束宽度的方法，产生了一种非阵列方向上的宽波束双极化天线，但是在其阵列方向上，相邻振子之间的寄生单元互相影响，加上反射板的变长，使得阵中单元很难在阵列方向上形成稳定的宽波束；文献[3]用矩量法对伞状半波振子的辐射特性进行了研究，其组成的阵列具有宽角扫描的特性，但为单极化的。在此基础上，本文设计了一种新型的双极化宽波束复合辐射单元，利用其组阵后，通过基于有限元法的专业电磁仿真软件HFSS11对天线特性进行了仿真，在800MHz到960MHz的带宽内，其阵中单元的水平面波束宽度达到120o±5o。用此阵列在水平±45o和±15o产生一个四波束方向图，产生的多波束增益稳定，浮动小于0.5dB，且同比单元宽波束，每个子波束都有3dB左右的增益收益。
2 复合辐射单元结构
本文提出一种新型的双极化宽波束复合辐射单元，复合辐射单元由两组极化正交的下倾式U型振子和垂直于底板的翻边组成。根据文献，调节振子臂的下倾角度和振子臂的高度，可以调整主瓣波束宽度。但是，普通的振子在宽带范围内的波束宽度不稳定。这里采用底板翻边作为寄生单元，相邻辐射单元之间在阵列方向共用寄生单元，解决了文献中寄生单元互相影响的问题。文献中证明，寄生单元具有增加波束宽度的作用，但有窄带效应，而通过调整寄生单元的高度和宽度调整寄生单元的谐振频率至此辐射单元波束较窄的频率范围附近，恰好可以解决宽带范围内的波束稳定性问题。因为调整振子臂的尺寸，即可实现宽度范围内的匹配，这里的振子采用同轴线直接馈电的方式，巴伦起支撑作用，整个振子结构简单，加工方便，有很大的工程实用价值。
在GSM频段下，对天线进行仿真和优化。
3 多波束理论分析
根据阵列天线理论，阵列天线的方向图满足如下公式：
（1）
其F中表示单元方向图，θm表示阵列方向图的第m子波束的指向角，k表示相位常数，表示第i个天线单元的加权因子，N表示天线单元数，dy表示单元之间的间距。
对应每个子波束指向，可以算出产生这个波束每个天线单元的加权因子，然后利用天线理论中的叠加原理，将形成m个子波束时每个天线单元上的对应加权因子相加，即为产生所需多波束方向图的加权因子。
（2）
4 阵列设计及仿真结果分析
利用上述复合辐射单元，本文设计了一个水平面的八元阵列，如图4，在设计过程中，相邻辐射单元在阵列方向共用寄生单元，这也可以增加振子之间的隔离度。天线单元间距可以改变子波束的宽度，可根据需要的子波束宽度决定，但考虑到抑制栅瓣的作用，一般间距取0.5λ。在设计中没有考虑垂直面的要求，只是为了改善交叉极化和前后比，对底板两侧进行了翻边。实际应用中可以根据垂直面的波束宽度要求进行垂直面组阵和确定垂直面单元间距。最后，这里底板选用0.5λ×0.5λ（λ=340mm），底板两侧翻边的高度取为和矩形片寄生单元高度一样。仿真显示，阵中单元在800MHz、880MHz、960MHz三个频点上的水平面辐射方向图如图5，其水平面3dB宽度在之内，交叉极化小于—20dB，满足了阵中单元水平面宽波束的需要，且方向图很稳定，满足移动通信的应用需求。
由于其在整个带宽内的单元方向图波束很稳定，我们以中频仿真结果为例，图6显示了单元宽波束的增益和形成多波束后的增益对比图。对比发现，水平面四波束增益稳定，浮动小于0.5dB且比单元宽波束有3dB左右的增益。说明这种双极化宽波束阵列天线可以很好地用于移动通信中的水平面多波束赋型。
5 结论
本文设计了一种复合辐射单元，利用其组阵，实现水平面宽角范围内的多波束双极化基站天线。仿真结果表明，这种新型辐射单元在宽带范围内的阵中水平面3dB波束宽度达到，满足宽角范围内扫描时对单元宽波束的要求。且产生的水平面多波束增益稳定，浮动小于0.5dB，相比单元宽波束得到3dB左右的增益收益。随着移动通信事业的发展，覆盖环境变得越来越复杂，多波束天线可以通过频率复用成倍地提高系统容量。本文设计的多波束天线，结构简单，宽角范围内的多波束增益稳定，对构成多波束天线的研究具有参考价值。
参考文献：
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天线是实现电磁波传播的必备器件:信号发射端利用天线实现电磁波辐射,信号接收端利用天线实现电磁波感应。因此,不论何种通信系统,只要它采用无线传输方式,就必须使用天线,而不论该系统采用的工作频率是多少,属于何种频段,也不论采用什么多址技术或者什么调制技术。
随着通信的发展和技术的进步,对所用器件、部件的要求也越来越高。智能天线正是适应通信发展而产生的新事物——在无线接入系统、卫星通信系统和移动通信系统(不论在公众通信网中,还是在专用通信网中)以及军事通信等系统中,均有其重要应用,并由此而带来诸如抗干扰能力、频率利用率等性能大幅度提高的一系列优点。
尽管智能天线还是起着电磁波的辐射和感应作用,但是,智能天线是一个崭新的概念。
二、常规天线与智能天线
按照分类方法不同,常规天线(下文称天线)有众多的分类。例如,若按振子形状分类,天线可分为线状天线和面状天线:后者有抛物面天线,卡什格仑赋形天线等(用于微波频段);前者有布朗天线、J形天线、折合振子天线、八木天线、鞭状天线、螺旋天线、菱形天线等(常用于特高频、甚高频、短波频段)。若按方向性图分类,天线又可分为无方向性天线(即全向性天线)和定向性天线:前者如外露偶极子天线、共轴天线等,其特点是当它们用于信号发射时,不论收信用户位于何处,发射能量通过天线能作3600均匀分布;诸如角反射天线、角形反射器天线等则属于定向性天线。此类天线在一定方向上形成信号的发射或接收,能量的有效性较高。若按材料分,又有金属天线和介质天线之分。若按电场强度方向分类,天线又有垂直极化、水平极化等之分。当然,天线还有其它的分类方法,我们不一一例举。但无论怎么说,通信天线的构成比较简单,即使将用于与发射机、接收机相连的馈线算入,构成“天馈线系统”,但是,它依然是一个简单系统。
智能天线则是一个复杂的系统,而且随着性能要求的提高,智能天线也越加复杂。可以认为智能天线是从自适应天线发展起来的,但是二者之间有着显著的差异:自适应天线主要用于雷达系统的干扰抵消,而且是干扰信号强度特大,数量又不多的场合。在无线通信系统中,主要基于多径传播的干扰,其幅度一般较小,但数量往往很大,尤其是电波在城市地面传播时更是如此。这些差异导致在方向性图的形成上,或者说在信号的处理上有着各自的特色。既然智能天线从自适应天线发展而来,所以智能天线有着与自适应天线相类似的结构,用于信号接收时的智能天线结构图见图1。就是说,智能天线是由一个天线阵列和一组波束形成网络(亦称聚束网络)联合构成的系统。所以,从硬件构成来看,将智能天线称为“智能天线系统”是可以理解的。
用于收、发信侧的智能天线结构是相仿的,其工作原理也一致。这里以发送用智能天线为例,说明其波束形成原理。将待发射的各路信号S1(t),S2(t)……SM(t)组合成M维信号集合:S(t)=[S1(t),S2(t)…SM(t)]T,再在N×M矩阵网络中实现复数加权系数W加权,得到一个N维的阵列输出信号:
X(t)=W×S(t)(1)
其中,X(t)=[X1(t),X2(t)…XN(t)]T。
若智能天线的天线阵列的方向性函数为fN(θ),且当天线阵列选定以后,它就为定值。则X(t)将在天线远区场产生的场强
E(θ,t)=∑XN(t)·fN(θ)(2)
若要将信号SM(t)发向接收方,只需修改加权网络加权系数W为WNM即可实现该信号的辐射方向性图。即E(θ,t)可进一步写成
显然,只要调节WNM就能获得所需方向波束。智能天线的天线阵列是由多个(例如5、6个甚至更多)单元天线排列成一定形式形成的,常用形式有平面形、圆环形、直线形。从工程上考虑,这些单元天线方向性图常是无方向性的,其相互间距也需满足一定要求。例如在移动通信中使用时,各单元天线间距常取为λ2(λ为工作波长)。
智能天线波束形成网络的作用是在天线阵列支援下,形成一系列极窄的信号传输通路——空间波道,又称波束(Beam),即在收、发两端之间形成一条极窄的信号通道。例如,当智能天线用于无线接入系统时,可以在基站(或中心站、转发站)和用户之间形成极窄的无线电波束通道。当智能天线用于移动通信和个人通信中时,这个极窄的波束能随着用户移动而移动。显然,极窄波束的应用能提高发信功率的有效性,还能提高信号传输的信号干扰比。或者说,在保证接收端信号干扰比不变的条件下,发信端功率可以大幅度降低。
这个极窄波束的实用,也形成了多址技术的第四种概念——空分多址(SDMA),而且这个SDMA可以和其它多址技术以及它们的混合联合使用。即在采用智能天线后,系统能在相同时隙、相同频率、相同地址码情况下,用户仍可以根据信号不同的空间波束——空间传播路径加以区分。
值得重提的是,形成一定指向的空间波束是众多的无方向性天线和波束形成网络的联合作用,而且空间波束的指向依据用户的不同空间传播方向而决定。这个具有一定指向的空间波束等同于信号有线传输的线缆如光缆、同轴电缆。
智能天线能实用于无线通信系统,而不论它们是公众网还是专用网,也不论该系统采用何种技术标准。智能天线能适用于几乎所有移动通信协议和标准的情况,见表1。有些协议或标准甚至至今还未正式形成产品,例如cdma2000、TD-SCDMA,这种情况说明智能天线适用范围很广。
SDMA的实用也促使了系统频率利用率的提高以及频率管理、频率配置难度的降低。例如在移动通信中,同一基站范围内的相同载频可以多次复用而不必虑及同频干扰(这就大大地降低了频率配置的难度)。而且不同指向的波束越窄,同频复用系数可以越大,系统的频率利用率就越提高,系统容量越大。同一小区两个手机用户同时占用同一频道时,智能天线形成的方向性图见图2。图中,智能天线形成的两个主波束分别对准这两个用户(而不会产生同频干扰),其它方向的增益却很小,这就保证了主波束增益可以做得很高,周围的干扰(包括同频干扰、邻频干扰、近端对远端比干扰等)和噪声的影响可以降低到很小。
采用智能天线后,同无线区不仅可以安排相邻或邻近频率,甚至还可实现同频复用,这极大地降低了无线电管理部门在频率配置和干扰管理上的难度,所以无委力主智能天线早日投入使用。
智能天线的应用还可以极大地增强设备供应商的竞争能力,并且智能天线不受调制方式和空中接口协议的限制,它们能与现有的空中接口方式相适应。智能天线的核心技术是波束形成,并主要由波束形成网络实现。
当智能天线为某个具体用户服务时,利用天线阵列发射或接收无线电波,利用波束形成网络中的某些部分对用户形成极窄的波束指向,而在其它方向上,智能天线能自适应地控制其方向性图为零,这种性能又称为自适应调零功能。正是利用这种功能,可以将智能天线的副瓣或零信号区(也称零陷区)的幅度基本抑制掉,这也造就了智能天线有极好的抗干扰性能。
只要能把主波束做得极细,同一基站(或中心站)主波束数能做得足够多,副瓣也能完全被抑制掉,那么,智能天线的应用至少在理论上解决了众多无线通信频率资源不足的难题。因此,不论在欧日联合提出的第三代移动通信方案W-CDMA中,或是我国提出的第三代移动通信方案TD-SCDMA方案中都把智能天线作为特征技术阐述在内,这是有道理的。就是在专用通信网中,这个特点也有着重要意义。我们以815~821MHz(移动台发)和860~866MHz(基站发)这一集群系统专用频段为例说明这一问题。这一频段虽可划分成240个双向通,但由于集群系统性能优越,特别是它的调度功能强大,因而该系统特别受专用通信网欢迎,许多系统诸如电力、人防、交通、港口、民航等都想发展该系统,从而导致频谱紧张。但是,一旦集群系统采用智能天线以后,频谱紧张这一问题将迎刃而解。
三、智能天线系统的构成
智能天线之所以能具备这些优良性能,这同其系统构成有关,特别是波束形成网络。波束形成网络构成复杂,大体上可分为网络处理系统和网络控制系统两部分,依照网络处理和网络控制的工作原理、结构不同,智能天线可分成波束切换型和自适应阵列两种类型。
波束切换型是指,智能天线能形成多少个空间波束一空间信道事先就已确定,这个确定既包括波束指向,也包括数量。确切地说,这类天线的波束数量有限。当智能天线服务于某用户时,系统能自动从有限波束中选择一个或几个的组合以服务于该用户,而不管所选波束的最大指向是否对准用户,也就是说用户虽处在所选波束作用范围,却有可能不在最大方向上。而且,当用户在移动时波束却是固定的,在用户移动到这种另一波束上时,系统会由此波束切换到另一波束上。基于相同原因,另一波束也不保证其最大指向随时指向用户,这些特点构成了这类智能天线的缺点,但是这类天线结构简单。
自适应阵列型智能天线能形成无限多波束,并能使用户始终得到波束的最大指向。当用户移动时,波束也能作自适应改变。显然,这种类型的智能天线性能最佳,但其网络控制系统相当复杂,还要求系统的实时性好,即要求处理网络在软件上需要有收敛速度快、精度高的自适应算法,以能快速调整波束的复数加权参数W。
目前,智能天线网络系统使用的算法有最小、最大信号比、最小偏差等。它们又各有特点,因而在实际系统中常需要并用,以取长补短,特别是在移动通信和个人通信中。这是因为在这两种通信系统中,电波传播主要在地面,而地面的电波传播环境很恶劣。基于智能天线性能极大地依赖于网络系统软件特性,因此智能天线也被称作“软件天线”。
早期智能天线的波束形成网络用模拟电路,但调试难度大、性能稳定性和可靠性差,目前都主张采用数字电路。较为一致的意见是采用高速率的数字信号处理芯片来实现。实际使用的芯片主要有两种:一种是DSP通用芯片,如TMS320系列等。另一种则为专用集成电路(ASIC器件),其中最典型的器件是能进行大规模并行处理的门阵列电路FPGA,以C6x调处理器为基础的DSP系统见图3。波束形成网络平台应提供充分模块以支持多个C6x,而且要采用高效率的I/O结构。
天线小型化和微带天线的使用,使得天线阵列结构得以简化。软件方面值得注意的发展是,基于特征值分解的自适应数字波束形成算法格外受到重视,因为这种算法能和高分辨率的测向算法统一起来,还能克服众多因素造成的波束误差。但是,此种算法的计算量大。
四、智能天线在无线通信中的应用
智能天线能用于很多种无线通信系统中,以提高系统性能。未来专用移动通信网将向公众移动通信网方向发展,或者说二者之间关系更加密切。还应注意:移动通信蜂窝小区正在向微型化、智能化方向发展,站距将更小,分布也更广泛,波束跟踪也更需智能化、实时化,基站配置也将更灵活,智能天线的波束形成技术将在改善地面电波传播质量和降低成本上发挥重要作用。由于智能天线的使用,不论在专用移动通信系统,例如集群系统、无线本地环路,还是在公众蜂窝系统,一改控制信道的发射方式——由全小区(或全扇区或全无线区)范围内的辐射为跟踪性的极窄波束辐射,全区内同频可以多次复用,从而形成了智能无线区(智能小区、智能扇区)的新概念。因为智能天线具有跟踪功能的固有性,无需通信系统另设“定位功能”,从而使采用智能天线的移动通信系统、个人通信系统的越区切换产生了“智能切换”的又一个新概念。而且,智能天线的应用也降低了成本。目前国内在公众移动通信系统中虽然使用了性能优良的单极化全向天线ANTELBCD-87010、单极化定向天线ANTELRWA-87027、双极化天线DPS60-16RSX和先进的遥控电子倾角天线MTPA890-D4-RXY-Z,尤其是后者给日常的移动通信网络优化提供了方便,人们根据需要可以方便地调节天线倾角,以改善覆盖和干扰,但是它们远不能和智能天线相比。智能天线用于移动通信系统时,主要用于基站的发和收。
应该承认,移动通信和个人通信应用智能天线的难度较大,其原因在于移动的多用户、电波传播的多路径等因素造成了信号动态捕获与跟踪的难度,所以移动通信和个人通信中智能天线应用较晚,而无线接入系统尤其是固定式无线接入系统却较早应用。智能天线工作于TDD双工方式的无线接入系统时,可以把上、下行链路的加权系数统一。但在上、下行频率不同时,即采用FDD双工方式时,则下行链路的加权系数在上行链路的加权系数基础上,还需作适当处理。智能天线有望用于移动市话,以改善其频率配置的难度和提高网络的容量,以及提高网络的抗干扰能力。
智能天线也能用于DECT、PHS、PACS、CDCT等体制的无绳电话系统,都能改善它们的系统性能。
智能天线还可用于卫星移动通信系统,例如用于L波段的卫星移动系统的智能天线就是用16单元、环形分布的微带天线阵列和一个波束形成网络构成,采用左旋园极化。而波束形成网络则采用10块FPGA芯片,其中2块用于波束选择、控制和接口,8块用于天线阵列的准相干检测和快速傅立叶变换。
智能天线还用于各种专用通信网和军事通信等无线通信系统,以改善系统性能。正是由于智能天线具有重要的应用价值,所以国内外许多大学、研究所、通信公司等单位投入巨资,潜心研究,并已见硕果。
五、结语
智能天线对提高专用网和公众网通信系统容量、抗干扰能力,提高通信质量以及实现同一地址的各专用网的频率共享等具有巨大潜力,近年来备受关注。但是由于波束自适应形成的难度大,影响因素多,因此智能天线虽已用于固定式无线接入、卫星通信、军事通信等系统中,并获益匪浅。但用于移动通信、个人通信中还存在有一些难度。不过近来已传来乐观消息。例如某国外公司已2000年6月在上海移动通信网络中进行智能天线实用试验。所用天线类型为波束切换型。试验结果表明,确实提高了网络的整体性能。另据广东消息称,该省移动通信网络将在充分试验的基础上,引入智能天线,以大幅度提高网络服务质量等级和满足用户数量剧烈增长的要求。
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论文关键词:智能天线无线通信空分多址自适应天线应用
1、一个人做事的失败也像这大自然中的一切的结束就喻示着新的开始一样，在经历了事情中的风雨后，虽然失败了，但却在风雨中得到了一种自身的磨练，在新的开始后，必定是一片成功的天空，就像一句话“宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。”
2、俗话说，好的开始是成功的一半，因此我们一定要给本学期开一个好头，面对这新的一学期，每个人都站在同一起跑线上，以前的成绩说明不了什么，重要的是把握好现在。
3、明天一切即将是一个新的开始，我的幸福就在前方。
4、新的开始，又是一个崭新的开始，我和儿子都充满信心，充满希望，我们还要一如既往的相互鼓励，相互欣赏，步伐轻盈，充满阳光，走向明天，走向理想！
5、人的生命只有一次，但生活可以每天不同。面对快速变化的世界，我们就要把过去放下、把现在扛起，把每一天当成一个新的开始，牢记心中的理想，微笑面对生活，不断充实自己，就会拥有精彩有意义的人生。
6、每天都是新的超越。一个人无论他的过去是不堪回首，还是风光无限，都会随着时光的流逝而成为历史，生命亦非只有一处灿烂辉煌，包容过去，融通未来，创造人生新的春天，你的人生将更加明媚和迷人。
7、往事已矣，我没有悲的理由，只有快乐的道理。因为我的脚向前走，路向前延续着。再怎样的美好事物也只是记忆里的一朵浪花，再怎么感秋伤春也已经于事无补。怕什么呢？惊什么呢？一笑而过。
8、一个漫长的暑假已过去，迎来的是一个美好的秋天。迎来了早晨的第一缕阳光，又能来到这个美丽的校园，见到了朝夕相处的同学们，又一阶段的学习之旅启程了。
9、每天，每天，每天的每天经过红绿灯的时候我都自信微笑的张望，得意自己比车子先行。其实我是在努力在找一个起点，找一个新的开始。
10、结束即是新的开始，没错，在任何结束的背后，总会有开始的身影。在结束的时候，不要轻易的去放弃新的开始，要去自己寻找那影藏在结束背后的新的开始。在心中永远铭记：结束即是新的开始！
11、生命的结束并不意味着一切都结束了，在死之后却仍然会焕发一片新的生机。结束即是新的开始。
12、花，凋零了，喻示着新的绽放；叶，飘落了，喻示着新的繁茂；蝉，不叫了，喻示着新的生机。()大自然中的一切的结束就喻示着新的开始。
13、努力请从今日始，不仅是成功之道，而且是不同领域的人有所作为的重要条件。
14、每天都是新的希望。人生起起落落无法预料，有一点要牢记：生命中或许有许多失望，但一定不能绝望。
15、一个新的开始，必定有一个痛苦的阶段，尤其是失去感觉之后。
16、新的开始，一个崭新的开始，我要向儿子学习，跟着儿子的节奏，学习而儿子坚强勇敢的榜样，不管风再劲，雨再浓，日再烈，雪再寒，我都要跟上！
17、一杯苦辣的烈酒喝完。也应该知道自己的心伤该办随着这杯酒结束了。也该知道每一天的太阳跟东方升起就是代表一个新的开始了。
18、每天都是新的起点。努力请从今日始，不要想着明天再弥补。岁月的长河中，我们所做的每件事情，都如同随手洒下的种子，在时光的滋润下，那些种子慢慢的生根、发芽、抽枝、开花，最终结出属于自己的果实。
19、面对这新的开始，我们应该有一种乐观，积极的态度，使自己自信起来。著名作家拿破希尔在《一生的财富》一书中曾经说过：只要有信心，你就能移动一座山，只要你相信你能够拥有财富，你就一定能拥有财富。
20、新年新气息，万物更新，一切也将不同于往年。
关键词:雷达波束控制; FPGA; 单片机; 阵面阻件驱动
中图分类号:TP3681文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)08-0186-03
Software Design of Beam Control System of Phased Array Radar Based on FPGA
CHANG Hui-ling,MA Li,ZHANG Jian
(Nanjing Research Institute of Electronics Technology, Nanjing 210013, China)
Abstract: The software design and hardware platform of the beam control system of a phased array radar based on FPGA is presented. In this system,FPGA is adopted to realize the core algorithm and single chip microcomputer (SCM) is used as the control and adjustment device of array module driving assembly. A hardware descriptive language and SCM assemble language are combined with VisualBasic language to realize the beam control system on the hardware platform.The rusposes of high efficiency,lower cost and miniaturization were achieved by the design. A few fixtures perfect control and debugging function of the system, make it suitable for introducting it into other beam control systems that have the structures of focal calculation and distributed drivers.
Key words:beam control of radar; FPGA; SCM; array module driving
0 引 言
波束控制系统的基本功能是给天线阵列中各个移相器提供所需要的控制信号。除此基本功能外,现代雷达还要求波束控制系统高速高效、低成本、小型化,并具有波束控制分系统的自检;根据工作频率,进行初相位在线补偿;天线相位码随机馈相等功能。同时,在设计生产过程中,为了配合其他系统的检测,还需要在雷达的不同工作模式下完善调试功能。另外,在雷达的长期使用过程中,要求单个组件维修时,波束控制组件驱动板能在脱机状态下正常工作[1-3]。
这里展开介绍一种有源相控阵雷达波束控制系统的硬件平台及软件设计。
1 系统原理
为降低电路成本和增加系统可靠性,该系统采用设备量少、维修方便、可靠性高的集中式运算、分布式驱动体系。也就是,波束控制算法用一块电路板(称之为运算板)实现。
对工作方式,运算板接收来自雷达控制台的控制指令(包括主天线的方位和俯仰增量代码、工作频率、工作模式代码等),进行波束控相位码的计算、传输、分配与格式重排。运算板把处理后的串行波束控制码通过驱动器发往阵面的波束控制组件驱动板。在波束控制组件驱动板内再进行译码、驱动,然后送给组件单元作为控制码,从而实现波束控制系统的功能。波束控制系统的组成如图1所示。
图1 波束控制系统组成框图
2 系统硬件平台
该相控阵雷达系统要求波束控制系统准确可靠地控制512个天线单元,波束转换时间不大于1 ms。在此分析运算板需要哪些关键器件。运算板要在500 μs内完成从雷达控制台接收指令、波束控制算法及运算结果传输的功能,必须选用FPGA器件。参与运算的补偿数据是运算的主要对象之一,要能够实时参与波束控制算法的运算过程,也可以被雷达控制台在线更新,这就需要运算板具有存储器。系统采用自定义总线接收雷达控制指令和上报阵面返回的信息。
关于驱动板的硬件设计,不仅要实现驱动、译码、系统自检等功能,还要考虑组件在单独调试时驱动板的控制功能是否可以方便实现。由于设备数量较大,在满足功能的基础上,要尽可能降低设备成本。基于这些需求,选用一片单片机和一片EPLD。图1中虚线左侧部分所示运算板硬件组成。其中,雷达控制台发送的是波束控制指令、接收的是阵面自检和检测信息;传输模块产生和发送串行波束控制码、传送所需要的时钟、定时信号。
图1中虚线右侧部分所示组件驱动板的硬件组成。其中接口电路接收波束控制运算板发来的串行波束控制码;组件单元接收的是TTL电平的控制码(包括发射移相码、接收移相码、衰减码、T/R开关控制码)。EPLD完成译码和控制分发代码,SCU完成联机自检和脱机控制调试的功能。控制和调试方式比其他[4-6]提供的系统设计方法,更加多样化和灵活。
3 软件设计
3.1 运算板FPGA程序设计
波控运算板基本用途就是为满足阵面天线单元控制的需要。在此,整个天线阵面等分成四个子阵面。每个子阵面包括a×b个天线单元,如图2所示。
图2 阵面天线分布图
天线分时实现全孔径SAR模式和子孔径GMTI模式两种工作模式。雷达对空探测或者在SAR工作方式时,利用天线全阵面,形成一个波束进行发射和接收,阵面的物理中心就是阵面天线单元的坐标原点;GMTI工作方式时,全阵面形成一个发射波束,而接收时则在方位上等分四个子阵面,形成四个接收波束,此时形成四个坐标系:每个子阵面的物理中心就是每个阵面天线单元的坐标原点。
根据天线单元此分布特点的控制需求,这里选用两片FPGA,传输采用四路差分串行码(两路数据码、一路地址码、一路8 MHz时钟码),就可完成阵面天线单元对波束控制的要求。FPGA内部程序的逻辑功能框图如图3所示。其中的串口核、SRAM、FIFO全是调用FPGA内部的资源。串口核的功能是在波束控制运算板单机调试和雷达近场测试时,接收来自调试计算机的控制指令。SRAM用于当雷达工作在阵面监测方式时,存储来自雷达控制计算机的控制码;FIFO用于存储运算器计算的结果(运算板单板调试时用)或组件驱动板自检结果,此结果可以通过串口返回调试计算机,以此来判断FPGA计算的中间结果或者送出的最终结果是否正确和判断组件单元及相应的信号通路是否良好。运算、传输时钟产生和运算结果传送、读/写FLASH都在运算器中,做在同一个状态机里。波控运算状态机如图4所示。
图3 运算板FPGA内部逻辑框图
图4 波控运算状态机
图4中:S1为运算使能控制和状态转换条件控制及变量初始化;S2完成波束控制算法和按照格式排布计算结果;S3产生被传送数据的地址和时钟及将并行的计算结果转为串行;S4对FLASH进行写操作;S5对FLASH进行读操作;S6对SRAM进行写操作;S7先对SRAM读操作,然后按照预定格式拼位,以便跳入S3状态将SRAM中的数据传出。S1中状态机的状态转换条件即为译码得到的来自雷达控制台的控制指令。状态机将根据不同的控制指令进入相应的状态处理程序段。
其中的S2状态机实现的阵面第(m,n)个组件的移相值运算[1]如下:
ψ(λ,m,n)=(2m+1)α(λ,θ,φ)+(2n+1)β(λ,θ,φ)+
ψ0m,n(λ)+ψ(m,n,t)+Δψ
式中:m为行坐标值;n为列坐标值。当雷达工作在SAR方式和GMTI的发射方式时m=-2a,-2a+1,…,-1,0,1,…,2a-2,2a-1;n=-b/2,-b/2+1,…,-1,0,1,…,b/2-2,b/2-1。对GMTI的接收方式,m=-a/2,-a/2+1,…,-1,0,1,…,a/2-2,a/2-1;n=-b/2,-b/2+1,…,-1,0,1,…b/2-2,b/2-1。ψ0m,n (λ)为初始相位值;α,β为雷达控制计算机根据波束指向角而发送的方位递增量和俯仰递增量;φ(m,n,t)为相位误差修正量;Δψ为单位相移量,用于随机馈相。等式右端的ψ0m,n,ψ,Δψгご嬖谄外的FLASH中,FPGA通过对FLASH的读操作将对应地址空间的数据存入相应寄存器,在状态机的控制下参与移相值的计算。
在FPGA中,此算式的实现采用Verilog硬件描述语言[7]编程,控制变量做加法循环即可实现该算法。对随机馈相的运算[8],是将按单元排列方式所对应的、预先存在FLASH中的一组随机数δi,j(其存储位数不小于4位),和波束控制系统计算的移相器量化相移值结尾相位Δi,j做比较,如果Δi,j大于δi,j,则移相器量化相移值加单位相移量Δψ后送给移相器,否则直接将移相器量化相移值送给移相器。
3.2 运算板调试的控制程序设计
运算板的初期调试和验证对于整个产品的实现至关重要,此阶段直接决定了产品实现的可行性和进度。在此选用VisualBasic 6.0开发设计程序,基于Windows的VB提供了一个MSCOMM 32.OCX串行通信控件,用串口电平转换器接上两对差分信号线,就可以实现与运算板FPGA异步串行口的通信。所设计的控制程序可以模拟产生雷达控制台的控制指令和定时器的定时信号、实现对SRAM和FLASH信息的写入和读出,完成对FPGA运算结果的回送数据校验。
根据需要,所设计的程序分为八个模块,分别为串口通信控制、雷达控制指令产生、定时信息产生、对FLASH的各种操作控制、补偿数据文件的写入/读出操作、理论运算结果显示、FPGA运算结果回送显示、自检方式所需要的控制等。
3.3 驱动板的程序设计
该驱动板程序设计的关键点和特点在于单片机[9]和EPLD的程序既能够联机工作,又能够独立地控制组件,实现组件的单机调试功能,即装机和测试用同一个程序。
驱动板的单片机串口接收来外来的控制指令,判断波束控制系统是处在哪种工作状态。如果是联机工作,则SCU接收联机自检指令,读入组件地址、开关状态、发射和接收移相码、衰减控制码,并将这些控制码存在指定的寄存器内,等待通道状态读取指令到达后,将它们回送到运算板,在所设计的控制界面内可以显示,从而得知波束控制系统整个子系统的运行工作情况。如果是模拟子系统控制指令,打开与EPLD之间的通信控制开关,将来自串口的控制指令,经处理发给EPLD。
EPLD也要判断收到的指令来自单片机还是雷达系统,如果是单片机,则接收来自调试计算机的指令;否则,直接接收来自雷达系统的控制指令。单片机的程序设计主要分为四部分:程序初始化、串口接收中断服务子程序、串口发送中断子程序和串口回送数据子程序。后两者子程序设计流程示意如图5所示。其中,指令字包含的信息分别为开关状态码、阵面回数信息、阵面回数状态、阵面自检信息、移相值和衰减值。
图5 子程序设计流程图
这里仍然选用VB编写调试控制程序,用来模拟产生来自运算板的控制信号,实现对驱动板的调试控制。编写的调试控制程序分为五个模块:控制方式选择、移相角度选择、衰减值选择、定时信息选择、控制码发送和发送数据校对信息显示。
4 结 论
该FPGA程序设计既可满足天线对波束控制0.5 ms内完成运算和传输数据的时间要求,又满足波束控制分系统在线自检;根据工作频率,进行初相位在线补偿;天线相位码随机馈相的功能需求。其调试控制程序,不仅满足单板调试、补偿文件写入或者读出操作的需要,还用于雷达天线暗室测试的控制。同样,单片机和EPLD的程序设计,满足天线组件对波束控制系统装机和测试用同一个程序的要求。调试过程中,两者都有友好的控制界面可操作。
5 结 语
该波束控制软件设计系统是实用型的系统,所设计的硬件及相应的程序已得到成功应用,并已推广到其他的三个产品。雷达天线系统和总体设计师给予了很好的评价。如将该程序设计稍加改动(其软件模块的增减工作量不会太大),可以很容易地移植到其他类似结构体系的雷达波控分系统软件设计中,应用前景将非常广泛。
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[8]张光义. 相控阵雷达技术\. 北京:电子工业出版社, 2006.
关键词：卫星通信;移动终端;相控阵天线;微带天线
中图分类号：TN929.5 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1704803
Phased Array Antenna System for Satellite Mobile Communication System
LIU Xinliang1,FENG Kuisheng2,TIAN Qing1,LI Na3
(1.Xi′an Space Star Technology (Group) Corporation,Xi′an,710061,China;
2.College of Electronic and Information,Northwestern Polytechnic University,Xi′an,710072,China;
3.Telecommunication Engineer Institute,Air Force Engineering University,Xi′an,710077,China)
Abstract：This paper presents a design of phased array antenna system for mobile communication system.It can scan the communication satellite automatically from 30° to 90° in elevation and 360° coverage in azimuth.Its antenna gain is better than 14 dB and diameter is less than 550mm.This paper gives theoretical analysis and engineering design of the single-feed circularly polarized micro-strip antenna and the control system.The results indicate that the phased array antenna system is fit for the mobile ground terminal of satellite communication system
Keywords：satellite communication;mobile terminal;phased array antenna;micro-strip antenna
1 引 言
具有跟踪能力的中等增益圆极化天线是中继通信卫星和卫星移动通信这两种通信系统的关键部件之一。对于卫星移动通信系统来说，系统解决了大量稀路由通信地区的通信、乡村通信和客运、货运、海运、航空、抢险救灾、野外勘测、公安侦察、部队调动等移动载体的“动中通”业务。相控阵天线安装在海陆空的运动载体上,完成对通信卫星的跟踪和通信。近几年得到了快速的发展，其应用功能主要包括卫星电话、传真、电子邮件、数据连接、位置报告以及车(船)队管理等。
相控阵天线目前被公认为是最先进的通信天线,它通过控制数字式移相器使波束精确地跟踪卫星,同时实现信号传输。相控阵技术应用于中继通信卫星和卫星移动通信系统有许多其他技术无法比拟的优点:跟踪波束的快速扫描能力；天线波束形状的快速变化能力；优异的空间定向与空域滤波能力；空间功率合成能力；天线与载体平台共形的能力［1］。
按照天线的跟踪方式,可以分为机械跟踪系统和电子跟踪系统。机械跟踪系统是利用机械方法驱动天线将波束指向卫星。电子跟踪系统是利用移相器改变天线单元的相位，控制天线方向图使其波束指向卫星。本文采用电子跟踪方案，通过GPS结合电子罗盘采集天线载体运动及姿态信息，通过波控机控制移相器，完成天线的自动跟踪。
2 系统分析与设计
2.1 系统结构设计
要实现天线对通信卫星的自动跟踪，有两种方案：一种是基于通信卫星导频信号的方案，即天线自动对全空域进行扫描，寻找通信卫星的导频信号并使天线对准导频信号最强的方向，这种方案对于静止的用户十分有效，但对于运动中的用户而言却不适用，原因是用户时刻都在运动，天线相对于卫星的波束指向需要实时改变。另一种是借助移动用户本身与运动状态有关的信息，诸如：移动载体的速度，地理位置等，利用一定的算法实时计算天线对卫星的波束指向并指向卫星。本文采用的是第二种，即基于GPS结合电子罗盘的自动跟踪方案。
相控阵天线由辐射阵列、可控数字移相器、波束控制器以及1∶19功分网络等部分组成，功能框图如图1所示。
天线单元选用圆形微带贴片天线，组阵后可获得较大范围内的波束扫描。功分网络采用微带形式，可以做到与阵面良好的共形。由于天线单元的频率特性覆盖了目前导航接收机的天线频率，且增益满足要求，因此可选择其中一个单元作为导航接收机天线。导航接收机采用GPS/GLONASS/北斗兼容接收机，与波控机的接口之间采用串行接口总线。波控机根据导航接收机送来的用户运动信息计算天线波束指向并控制移相器移相使天线波束自动对准选取的通信卫星。
2.2 天线单元设计
在众多天线单元中,微带天线单元最适合用于卫星通信相控阵天线系统中,其特点是:剖面薄、体积小、重量轻；便于把馈电网络与天线结构做在一起,适合用印刷电路技术大批量生产；能与有源器件和电路集成在同一基板上；便于获得圆极化,容易实现双频段、双极化工作。由于该天线工作在L波段，接收和发射共用一幅天线，其百分比带宽约为8.5%。同时，为增加相控阵俯仰方向扫描范围，要求阵列单元的增益、轴比方向图应具有宽角特性。由于阵元数目较多，单元形式应尽量简单，以减轻天线重量和阵元之间的互耦作用，从而避免重量的超标和阵列电性能的损失。经过比较，辐射单元选用单馈源双频微带天线，图2为其结构示意图。在贴片表面开槽,切断了原先的表面电流路径,使电流绕槽边曲折流过而路径变长,贴片等效尺寸相对增加,谐振频率降低,可使天线小型化。选择适当的槽从而控制贴片表面电流以激励相位差90°的极化简并模,从而形成圆极化辐射和实现双频工作。
图3为辐射单元在收发频段的驻波特性。同时，单元增益可达7 dBi，轴比在带宽范围内小于6 dB，满足天线对频带和增益的要求。
在分析设计时发现:随槽的长度增加,天线谐振频率降低,天线尺寸减小;天线尺寸的过分缩减会引起性能的急剧劣化,其中带宽与增益尤为明显,而方向图影响不大;增加介质板厚度可改变天线的带宽，但将引起表面波损耗，同时，重量明显增加。因此，开槽需在小型化与性能之间折衷,带宽需要在天线增益和重量之间折衷。
2.3 波束控制器的设计
波束控制器是相控阵天线的重要组成部分。由于相控阵天线波束的扫描和跟踪是由波束控制器实现的，因此，波束控制器很大程度上决定了天线的动中通性能。
移动用户在行进中其位置与姿态不断改变，要保证不间断通话，应不受载置、姿态变化的影响，天线波束必须始终对准卫星信号方向。天线波束跟踪采用开环控制方式，波控机由单片机、GPS OEM板、驱动单元及数字移相器组成。单片机通过RS 232接口与搭载GPS OEM板联接,用来读取移动用户的实时位置、姿态信息。根据通信卫星、移动用户天线的坐标，单片机经过坐标变换、角度算法计算，求得运动用户天线指向通信卫星信号的俯仰、方位角(θ,Φ)。根据指向角(θ,Φ)，同一单片机计算出要求的阵内相位差，量化后得到每个移相器(3 b)的波束控制码，通过驱动单元控制移相器工作，从而实现移动用户天线波束自动跟踪、扫描工作。波控机的硬件组成如图4所示。
在硬件电路的基础上，还需配以相应的软件程序。其主要功能一方面是提取GPS的定位数据；另一方面就是对数据进行处理计算，求出移动用户坐标系中移动用户所处位置相对于通信卫星的方位角A、仰角E。结合搭载在车载用户上的GPS速度方位角，算出移动用户天线波束指向通信卫星信号的方位角Φ、仰角θ。根据Φ、θ计算得到每个移相器的波束控制码。
2.4 相控阵天线系统
完整的相控阵天线系统由辐射单元阵列、移相器、功分网络、波束控制器以及电源等辅助设备组成。
天线阵列 天线阵面由19个单元组成，单元基本尺寸为：D=63 mm，ΔS/S=2.5%。阵元间距100 mm，按照圆形阵分三圈分布，由内到外单元数依次为1-6-12，半径240 mm，介质层厚度h=6 mm，相对介电常数为 2.65，单元馈电点通过过孔与背板上的SMA相连。天线阵形式如图5所示。
移相器与功分网络 选用微带二极管型式的3 b可控数字移相器。其特性参数插损约为1 dB，驻波比小于1.25，质量40 g，功耗0.6 W，满足在相控阵天线中对数字移相器体积小、功率低、转换时间短、稳定性好的要求。功分网络采用威金森功分器,以1∶19进行设计，实测带内插损约1 dB，端口隔离度＞20 dB。结构如图6所示。
波束控制器 GPS模块选用 GARMIN的15L OEM板，它并行12通道，可同时跟踪12颗卫星，定位精度高，功耗低。 DGPS可实时WAAS差分或伪距差分，差分精度3~5 m。电子罗盘采用Honeywell的3300磁感应芯片的OEM电子罗盘模块。它可提供数字航向，直接输出数字信号，通过RS 232可与单片机通信。它的倾斜角可达±10°，在此范围内，可以提供较精确的三维角度，航向精度为1°。它的数据更新率可以达到10 Hz，用户可以自由配置和存储参数。
单片机 选用SILICON公司C8051F020，能够满足以上系统的要求。C8051F020单片机采用SILICON公司的专利CIP-51微处理器内核。该芯片在程序运行时可实现内、外部时钟的切换，这在低功耗应用系统中非常实用,同时C8051F020还在内部增加了复位源，从而大大提高了系统的可靠性。
辅助设备 系统辅助设备包括给系统供电的直流电源，连接电缆以及射频接口等。
3 设计与实验结果
按照设计方案研制了样机，扫描范围：仰角30°～90°,方位角0°～360°。系统功分网络输出口处电压驻波比如图7所示。
4 结 语
本文给出了一种应用于卫星地面移动通信终端的相控阵天线的设计，采用GPS结合电子罗盘的方案采集运动载体的相关信息，通过波控机控制天线波束自动跟踪通信卫星，对天线单元和波束控制系统进行了分析和设计。实测结果与理论设计吻合较好，从而为卫星移动通信系统实现“动中通”提供了一种新的方案。
参 考 文 献
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作者简介 刘新良 男，1964年出生，高级工程师，硕士生导师。主要从事天线、微波器件方面的研究。
冯奎胜 男，1979年出生，博士生。主要从事电磁计算、智能天线方面的研究。
田 青 男，1981年出生，工程师。主要从事卫星天线方面的研究。