易拉罐電視天線的手工製作 - OpenHW天線技術

一、第一種簡易天線的製作方法：首先在易拉罐開口的外側用釘子扎一個孔，穿過一個螺絲，把兩個易拉罐分別固定在一個絕緣的板條上（這種板條可以用學生用的塑料尺代替），再取—段300Ω的饋線（長短根據需要而定，一般兩米左右）分別固定在絕緣條上的兩個螺絲上，另一頭接上匹配器（75—300Ω）。兩購個易拉耀之間的距離爲60至80毫米。最後找一個漂亮的酒瓶子做爲底座，在酒瓶蓋上打個孔與絕緣條固定住天線就做好了。

調試方法：

①可移動天線的位置

②可以旋轉天線調試

③可以調整天線的夾角。

二、第二種簡易天線的製作方法：用6個易拉罐，l根90釐米長的細銅管（或用8號鋼絲）， 5塊絕緣板條。

①把5塊絕緣板條，用帶帽螺絲連接固定，做成如圖的支架（槓架長邊42釐米．寬邊12釐米，斜邊20釐米）。

②將3組易拉罐對稱平行地用帶帽螺絲固定於支架上。AB、CD、EF的間距（指易拉罐）爲10釐米；AC、CE、BD、DF的間距爲20釐從 G、H分別爲CE和DF的中點（即10釐米處），將細銅管（或銅絲）彎成環形（直徑25釐米），用借帽螺絲固定於G、H扎內，並使銅線環垂直於支架。

③將扁饋線的兩個頭連接在CD組易拉罐的帶帽螺絲柱上，並用螺帽固定緊。另用兩根短導線（普通電源線即可）將CG、DH連接好井固定緊，即中間一組易拉罐的兩個螺絲柱與銅線環的兩個頭連接通。

④將一根小木棒置於框架下方正中“O“處，用木螺絲固定緊，並把小木體插入—竹竿中並箍緊。將竹竿豎於屋頂或陽臺上，將AB組易拉罐一端對準主要電視臺發射塔，即可收到滿意的效果。

這種全頻道易拉罐電視天線特別適用於邊遠山區。

三、利用鋁製易拉罐稍加組裝，可製成一架接收性能良好的電視天線如圖所示。

主要用兩根直徑10mm、長85mm的鋁管。兩主管的夾角爲90°，用螺絲將A、B端固定在絕緣板D上，用絕緣管L加強固定。在每根主管上焊接固定6根長14cm的支管，支管與主管的夾角爲45°。在A、B端用300Ω饋線引下，再通過300/75Ω阻抗轉換插頭接入電視機。

易拉罐的裝法是：在易拉罐的上下蓋各打一個孔，然後套在支管上，並用稍子固定就可。

使用時，將天線朝着電視臺方向水平放置在樓頂或無障礙物的高處，然後邊看電視邊調節天線的位置（方位），調到最佳位置固定下來。此天線對1－38頻道都有較好的接收效果。

四、用12個易拉罐製成的電視天線，接收電視信號的效果比自制的其它天線效果好。

罐裝各種飲料的易拉罐容易得到鋁質易拉罐是制天線的主要材料。一般先做一個“T” 形的木質托架，把易拉罐每側6個固定在橫樑上。在易拉罐兩端的圓心處鑽孔，孔1～2毫米，剛能穿進去剝掉外皮的銅芯線即可。要選線芯稍粗的導線。穿起來的易拉罐要靠緊，線芯固定在鐵釘上，按附圖製作。爲了牢固， 再用金屬絲把易拉罐在橫樑上綁緊，從中間的兩個鐵釘上的銅線引到電視機。

智能天線技術的發展與應用

1 引 言　　移動通信迅速發展給系統帶來的容量壓力，使得如何高效率的利用無線頻譜受到了廣泛的重視，智能天線技術被認爲是目前進一步提高頻譜利用率的最有效的方法之一。本文首先介紹了智能天線的概念，以及它在提高無線系統能力（容量、覆蓋和新業務等）方面的應用價值。在此基礎上，文章的第二部分對智能天線的工作原理和技術的發展情況進行了描述。由於目前3G是我國在通信系統應用研究方面的重點，因此本文的後續部分對智能天線技術在3G各種通信制式中的應用進行了重點討論。除了TD-SCDMA已經將智能天線的應用列入標準化以外，文章中引用了一些在FDD情況下應用智能天線的研究和現場試驗結果，說明了該技術在WCDMA和cdma2000的應用前景。

2 智能天線簡介　　隨着移動通信的迅速發展，越來越多的業務將通過無線電波的方式來進行，有限的頻譜資源面對着越來越高的容量需求的壓力。對於第二代移動通信系統GSM，在我國的一些大城市已經出現了容量供應困難的現象，小區蜂窩的半徑已經很小，而目前作爲應用研究重點的3G以及它的業務模式無疑將對網絡容量有更高的要求。高速的數據業務將作爲3G網絡服務的一個主要特點，這使得網絡數據流量尤其是下行方向上將有明顯的提高。因此，爲了在3G系統中實現與第二代系統明顯的差別服務，充分體現3G系統在業務能力上的優勢，網絡容量將是網絡的運營者必須重點考慮的問題。就目前的情況而言，智能天線技術將是提高網絡容量最有效的方法之一，尤其對於3G中以自干擾爲主要干擾形式的通信系統。　　天線方向圖的增益特性能夠根據信號情況實時進行自適應變化的天線稱爲智能天線。與普通天線以射頻部分爲主不同，智能天線包括射頻部分以及信號處理和控制部分。同時，由於終端在尺寸和成本上的限制，所以目前對於智能天線的研究主要集中在基站側，我們下面討論的智能天線也指的是在基站上的應用。　　目前，基站普遍使用的是全向天線或者扇區天線，這些天線具有固定的天線方向圖形式，而智能天線將具有根據信號情況實時變化的方向圖特性（見圖1）。　　如圖1所示，在使用扇區天線的系統中，對於在同一扇區中的終端，基站使用相同的方向圖特性進行通信，這時系統依靠頻率、時間和碼字的不同來避免相互間的干擾。而在使用智能天線的系統中，系統將能夠以更小的刻度區別用戶位置的不同，並且形成有針對性的方向圖，由此最大化有用信號、最小化干擾信號，在頻率、時間和碼字的基礎上，提高了系統從空間上區別用戶的能力。這相當於在頻率和時間的基礎上擴展了一個新的維度，能夠很大程度地提高系統的容量以及與之相關的其它方面的能力（例如覆蓋、獲取用戶位置信息等）。3 智能天線的工作原理與發展情況　　天線的方向圖表示的是空間角度與天線增益的關係，對於全向天線來說，它的方向圖是一個圓；對於陣列天線，可以通過調整陣列中各個元素的加權參數來形成更具方向性的天線方向圖，形成主瓣方向具有較大增益，而其它副瓣方向增益較小的形式。智能天線正是一種能夠根據通信的情況，實時地調整陣列天線各元素的參數，形成自適應的方向圖的設備。這種方向圖通常以最大限度地放大有用信號、抑制干擾信號爲目的，例如將大增益的主瓣對準有用信號，而在其它方向的干擾信號上使用小增益的副瓣。圖2爲一個智能天線結構的示例圖。　　智能天線包括射頻天線陣列部分和信號處理部分，其中信號處理部分根據得到的關於通信情況的信息，實時地控制天線陣列的接收和發送特性。這些信息可能是接收到的無線信號的情況；在使用閉環反饋的形式時，也可能是通信對端關於發送信號接收情況的反饋信息。

　　由於移動通信中無線信號的複雜性，所以這種根據通信情況實時調整天線特性的工作方式對算法的準確程度、運算量以及能夠實時完成運算的硬件設備都有很高的要求。這決定了智能天線的發展是一個分階段的、逐步完善的過程，目前通常將這種過程分爲以下三個階段：　　●第一階段：開關波束轉換。在天線端預先定義一些波瓣較窄的波束，根據信號的來波方向實時確定發送和接收所使用的波束，達到將最大天線增益方向對準有效信號，降低發送和接收過程中的干擾的目的。這種方法位於扇區天線和智能天線之間，實現運算較爲簡單，但是性能也比較有限。　　●第二階段：自適應（最強）信號方向。根據接收信號的最強到達方向，自適應地調整天線陣列的參數，形成對準該方向的接收和發送天線方向圖。這是動態自適應波束成形的最初階段，性能優於開關波束轉換，同時算法也較爲複雜，但是還未達到最優的狀態。　　●第三階段：自適應最佳通信方式。根據得到的通信情況的信息，實時地調整天線陣列的參數，自適應地形成最大化有用信號、最小化干擾信號的天線特性，保持最佳的射頻通信方式。這是理想的智能天線的工作方式，能夠很大程度地提高系統無線頻譜的利用率。但是其算法複雜，實時運算量大，同時還需要進一步探尋各種實際情況下的最佳算法。　　目前，對於智能天線的應用主要集中在第二階段附近，並且由於移動通信的迅速發展，使得智能天線技術在包括3G的應用中受到廣泛的重視，解決智能天線在實際應用中的各種問題，以及尋求更加“智能”的自適應算法和實現方案是目前工作的重點和主要內容。下面我們討論智能天線技術在3G各個通信標準中的應用前景，以及相關的試驗參考結果。

4 智能天線在3G中的應用前景　　3G普遍採用基於CDMA的多址接入技術，依靠碼字之間的正交性來區分不同的用戶，因此接收端各個信號之間的不完全同步、擾碼不完全正交、TDD系統中的時隙偏差等問題都可能在系統內用戶之間形成一定程度的干擾。同時，在理論分析的基礎上，大量的仿真和現場試驗結果也證明了：在3G通信系統中，網內干擾將超過系統固有的熱噪聲，成爲制約系統性能的主要因素。在干擾和容量這一對矛盾的基礎上形成的容量與覆蓋、容量與性能、覆蓋與性能等互換性問題已經得到共識，成爲3G網絡規劃和運營的主要特點。　　在業務特性上，3G以高速的數據業務、視頻電話和能力得到增強的增值業務作爲其對2G系統形成服務優勢的主要手段，這必然使得3G具有大得多的網絡流量。但是與2G系統一樣，它的容量同樣受到空中頻譜資源的限制。我們注意到，理論上在相同條件下，CDMA並不比FDMA或者是TDMA具有更大的頻譜利用率。因此，爲了能夠真正體現3G系統在業務能力上的優勢，必須使用新技術使頻譜利用率得到質的提高，智能天線技術正是目前被認爲是能夠實現這一目標的最有效的方法之一。它通過增加系統SDMA（空分多址）的能力，能夠有效地緩解3G系統中容量與網內干擾之間的矛盾，很大程度地提高系統對空中無線頻譜資源的利用能力。　　我國提出的TD-SCDMA標準，由於其空中接口採用TDD的雙工方式，通信的上下行信道使用相同的頻率，因此以很短的時隙間隔相互交錯的上下行信道之間具有較強的相關性，這樣比較容易根據上行信道的接收情況對下行信道的發送特性進行準確的調整，因此TD-SCDMA成爲3G標準中最方便於使用智能天線的一個技術，並且已經進行了標準化，將智能天線作爲其主要的關鍵技術之一。另外，對於3G中使用FDD方式的WCDMA和cdma2000，由於上下行信道使用不同的頻率，並且具有較大的頻差（在我國的3G頻率劃分中，主要工作頻段上下行的頻差爲190MHz），因此上下行信道之間的相關性較弱，加上城區中複雜的無線傳播環境，所以想要利用上行信道的接收信息得到下行鏈路理想的發送方案是比較困難的，對算法的複雜度也有更高的要求。但是由於對系統性能改善方面的重要作用，所以關於FDD系統中智能天線的使用也在不斷研究和嘗試中。　　在英國進行的TSUNAMI Ⅱ項目，在DCS1800系統的基礎上，通過使用8副各自由8個元素構成的天線陣列對智能天線在宏蜂窩和微蜂窩網絡中的性能情況進行了現場試驗，對各種自適應算法進行了比較，並且發佈瞭如下的一些試驗結果：　　（1）在宏蜂窩的網絡結構中，當信號到達方向相差10度以上的時候，通過使用智能天線，系統獲得了達到30dB的載幹比增益，覆蓋範圍增加了54%；　　（2）在宏蜂窩的網絡結構中，通過使用8元素的智能天線，系統容量增加了300%；　　（3）微蜂窩的網絡結構下智能天線的性能增益不如宏蜂窩的情況，但大部分自適應算法也能夠取得相當的性能增益。需要對微蜂窩的情況進行更深入的研究。　　在此之後的SUNBEAM項目把在DCS1800系統上的試驗結果進行了擴展，對智能天線在3G/WCDMA中的應用進行了研究；與此同時，在美國、日本和韓國等地方也報告了關於智能天線性能的相關試驗和研究結果。5 結束語　　移動通信用戶量的迅速發展，以及從窄帶語音通信向寬帶高速數據通信發展的趨勢，如何在一定的頻譜資源上提高網絡容量成爲網絡建設，尤其是未來3G網絡建設中需要重點考慮的問題。單純地依靠增加基站（使用微蜂窩增加頻率的複用度），無論從成本和性能表現方面都已經不再是最好的選擇方案。在這種情況下，智能天線技術的引入，將通過增加系統在空間上的分辨能力，從更高的層次上提高系統對於無線頻譜的利用率。與其它所有的先進技術一樣，智能天線技術的發展也是一個伴隨着算法研究和硬件升級的循序漸進的過程。由於對其重要作用的認識，近年來在世界範圍內開展了大量的研究和試驗工作，取得了豐碩的成果，目前基本上已經開始了實際的應用階段，實際使用中的各種問題也在逐步得到解決。當前，我國正在對下一代移動通信系統的實際應用能力進行大規模的研究和試驗，智能天線技術無疑也將成爲討論的熱點之一，希望本文能夠爲相關方面的工作和研究人員提供一定的參考