在通信系統(tǒng)或雷達(dá)系統(tǒng)中，天線模型需要和通信信道或雷達(dá)使用場景等緊密結(jié)合，共同作用。本文通過對通信及雷達(dá)系統(tǒng)仿真進(jìn)行研究，比較兩類系統(tǒng)中的天線模型，歸納目前通信終端及雷達(dá)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)中對天線性能進(jìn)行考量的幾種方法。

　　1、引言

　　對于通信或雷達(dá)系統(tǒng)，天線都扮演著發(fā)射及接收電磁波的角色。天線性能的好壞，會對系統(tǒng)性能產(chǎn)生很大影響。傳統(tǒng)理論和仿真技術(shù)，很少將天線放入通信/雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行整體考量。天線設(shè)計(jì)師重點(diǎn)關(guān)注的是天線的方向性、效率、體積等指標(biāo)，很少考慮天線和傳輸信道的配合，更難得考慮天線特性會對系統(tǒng)系能造成怎樣的影響。本文通過研究業(yè)界針對通信終端及雷達(dá)系統(tǒng)中天線及傳輸信道模型建模的方法及系統(tǒng)仿真案例，總結(jié)兩個不同的系統(tǒng)中天線模型的差別及仿真的側(cè)重點(diǎn)。

　　2、通信終端中的天線模型

　　移動通信信道主要存在以下特點(diǎn)：開放變參信道，容易受到各種干擾影響；接收點(diǎn)地理環(huán)境非常復(fù)雜多樣，如大致可分為城市、近郊及農(nóng)村三類；用戶具有隨機(jī)移動性。由于上述移動通信信道特點(diǎn)，導(dǎo)致電磁波的傳播和自由空間相比，除直射波以外，還存在較多的繞射波及散射波，同時存在不同類型的損耗：路徑傳播損耗、慢衰落損耗及快衰落損耗。為在不同環(huán)境下獲得最佳接收效果，通信終端的天線盡量設(shè)計(jì)為全向天線。

　　2.1 單天線終端天線模型

　　對于通信系統(tǒng)終端，天線模型通常由其坐標(biāo)及增益來進(jìn)行定義；而信道模型則由噪聲、衰落、多徑等參數(shù)進(jìn)行定義。針對不同類型的通信系統(tǒng)，常常將天線和信道模型放在一起，進(jìn)行綜合考量。下圖引用了ADS軟件中描述的最常見的天線及信道使用模式。其中信道（PropGSM）位于基站（AntBase）和移動天線（AntMobile）之間。移動天線指標(biāo)僅有增益、位置及高度、速度等信息，天線類型默認(rèn)為全向天線，對系統(tǒng)性能的貢獻(xiàn)主要是增益及多徑效應(yīng)、多普勒頻移。

　　MIMO系統(tǒng)中天線模型

　　在移動通信中，由于多徑衰落、多普勒頻移等因素，導(dǎo)致接收信號質(zhì)量下降。為改善移動接收信號質(zhì)量，使用雙天線分集接收技術(shù)在低成本、低實(shí)現(xiàn)難度的前提下明顯改善接收信號質(zhì)量。使用分集天線，就是為接收到兩個以上的不相關(guān)信號，以便在后續(xù)處理中找到強(qiáng)度最大的信號或者進(jìn)行矢量信號合成。故天線之間的相關(guān)性越低越好。天線工作的電磁環(huán)境各有不同，故在衡量天線的相關(guān)性時必須將無線環(huán)境考慮進(jìn)去?？梢詫l(fā)射機(jī)及障礙物總效應(yīng)用概率密度函數(shù)PDF（probabilitydensity function）來進(jìn)行描述，其表征了天線從不同方向接收到最強(qiáng)信號的概率分布特征。除了空間的分集，還存在極化分集情況。使用交叉極化鑒別度XPD（Cross-PolarizationDiscrimination）可以描述空間電波極化情況。XPD越大，則phi方向極化分量越大，反之XPD越小，theta方向極化分量越小。使用復(fù)相關(guān)性（Complex Correlation）來描述處于一定電磁化境及極化情況下，兩個天線接收到的相似平均度。使用一些商業(yè)軟件，如EMPro，能夠針對特定的分集天線模型，設(shè)定PDF、XPD，考慮雙天線分集接收效果［2］。在無線通信系統(tǒng)仿真軟件中，能夠通過導(dǎo)入發(fā)射、接收天線的三維方向圖以及其相對位置，結(jié)合典型信道模型（如 WINNER），對通信系統(tǒng)的天線及信道進(jìn)行建模，從而仿真系統(tǒng)指標(biāo)。如下圖為系統(tǒng)仿真軟件SystemVue中的WINNER II信道模型，其支持導(dǎo)入仿真或測試的多天線方向圖，并能夠設(shè)置發(fā)射、接收天線陣列的二維相對位置。