在移動(dòng)通信的發(fā)展中，中國(guó)丟失了第一代，錯(cuò)過了第二代，而TD-SCDMA(時(shí)分同步碼分多址)為中國(guó)第三代移動(dòng)通信的發(fā)展提供了千載難逢的機(jī)遇。TD-SCDMA系統(tǒng)的智能天線一般可分為兩類：自適應(yīng)天線系統(tǒng)和多波束天線系統(tǒng)。自適應(yīng)天線系統(tǒng)由于跟蹤信號(hào)需要依賴算法和信號(hào)處理技術(shù)，因此響應(yīng)速度慢、不能實(shí)時(shí)處理信號(hào)，但是能夠形成較為理想的天線波束；而多波束切換天線系統(tǒng)是利用多個(gè)并行波束覆蓋整個(gè)用戶區(qū)，波束指向固定，不需要進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算和加權(quán)，與自適應(yīng)天線系統(tǒng)相比，波束形狀簡(jiǎn)單固定，易于實(shí)現(xiàn)。TD-SCDMA系統(tǒng)的多波束智能天線由8個(gè)垂直地面放置的半波陣子組成同心圓環(huán)陣，直徑為25cm，如圖1所示。與全方向天線相比，它可獲得8dB的增益。

1 8單元圓環(huán)Butler多波束天線陣
　　多波束智能天線的波束賦形方法很多，如利用Blass多波束形成網(wǎng)絡(luò)、Butler多波束矩陣等。用Bulter多波束矩陣獲得的每一個(gè)波束，都能得到整個(gè)天線面所提供的天線增益，所以，波束形成網(wǎng)絡(luò)是無損的；此外，Bulter多波束形成網(wǎng)絡(luò)形成的多個(gè)波束是相互正交的，這一特性有利于對(duì)其它復(fù)雜形狀天線波瓣方向圖" title="方向圖">方向圖的綜合。本文通過對(duì)傳統(tǒng)的Butler多波束矩陣改進(jìn)和優(yōu)化，較好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)水平面的全方位覆蓋。
1.1 對(duì)Butler多波束天線陣的改進(jìn)
　　傳統(tǒng)的Butler多波束矩陣只適用于線性陣，它產(chǎn)生一種偶對(duì)稱的波瓣，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)360°水平面完全方位的覆蓋。如果直接對(duì)傳統(tǒng)的8單元圓環(huán)Butler多波束矩陣饋電，則形成的方向圖中主、副瓣不明顯，如圖2(a)所示，無法用于移動(dòng)通信。

　　為了用Butler多波束矩陣得到理想的方向圖特性，實(shí)現(xiàn)波束的賦形，就需要對(duì)Butler多波束矩陣進(jìn)行相應(yīng)地改進(jìn)，如圖3所示。與傳統(tǒng)的Butler多波束矩陣相比，它添加了8個(gè)額外的移相器，這樣該圓環(huán)陣就能夠產(chǎn)生8個(gè)固定波束，實(shí)現(xiàn)對(duì)水平面的全方位覆蓋，如圖2(b)所示。
　　假設(shè)在P1端口饋電，各天線陣元饋電電流相位分別為：67.5°、225°、247.5°、315°、247.5°、225°、427.5°、315°。此時(shí)，天線陣的方向性函數(shù)為：

　　其中，I為端口的饋電電流幅度，假設(shè)初相相位為零，K=2π/λ為自由空間波數(shù)，a是圓環(huán)陣半徑，當(dāng)a=0.4λ，天線性能最佳。同理可推出P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8端口饋電時(shí)天線陣的方向性函數(shù)。

　　圖4所示為直角坐標(biāo)下，8個(gè)端口同時(shí)饋電時(shí)所形成的并行波束。可以看到，8個(gè)并行波束可覆蓋整個(gè)360°水平面，主瓣增益高出副瓣8dB，并且主瓣與副瓣的壓制比大大提高，能量主要集中在天線的主瓣上，因此，天線陣的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于未改進(jìn)的Butler網(wǎng)絡(luò)所形成的天線陣方向圖。

　　以上討論均未考慮天線陣元間互耦的影響。如果考慮天線陣元間互耦的影響，那么天線的性能會(huì)受到影響，并且要對(duì)天線陣的半徑a重新優(yōu)化。但是，天線陣的整體性能不會(huì)有太大的變化。
1.2 對(duì)Bulter多波束形成網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化
　　在實(shí)際應(yīng)用中，為了減弱小區(qū)間和小區(qū)內(nèi)用戶間的干擾、降低呼損、調(diào)整天線陣覆蓋范圍，就需要對(duì)Bulter多波束形成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步優(yōu)化。對(duì)于圖5(a)所示的二元天線陣，由方向性增強(qiáng)原理可知：在輸入功率相同的條件下，遠(yuǎn)區(qū)M點(diǎn)所得到的場(chǎng)強(qiáng)，二元陣比單個(gè)陣子時(shí)增強(qiáng)了倍。但是在其它方向上就要具體分析，對(duì)于遠(yuǎn)區(qū)N點(diǎn)方向，當(dāng)兩射線的行程差為dcosθ=λ/2時(shí)，其引起的相位差為π，表示兩陣子到達(dá)該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等值反相，合成場(chǎng)為零。因此，由于兩個(gè)陣子的場(chǎng)在空間相互干涉，使某些方向的輻射增強(qiáng)，另一些方向的輻射減弱，從而可使主瓣變窄。