時間調(diào)制陣列理論與應(yīng)用研究.pdf

1、有源天線陣列被廣泛應(yīng)用于雷達、通信、導(dǎo)航以及射電天文學(xué)系統(tǒng)中，其優(yōu)點包括波束掃描方式靈活、可實現(xiàn)多波束以及超低副瓣特性等。有源天線陣列通過幅度和相位加權(quán)實現(xiàn)陣列的方向圖綜合，以及波束的捷變。按照加權(quán)方式的不同，傳統(tǒng)的有源天線陣列可分為模擬天線陣列和數(shù)字天線陣列。其中模擬天線陣列以有源相控陣天線為代表，其特征是在射頻鏈路上使用可變增益放大器和相移器件來實現(xiàn)幅度和相位加權(quán)。數(shù)字天線陣列，又稱軟件天線陣列，則是通過數(shù)字信號處理器在數(shù)字域內(nèi)完成

2、各單元通道的復(fù)數(shù)加權(quán)。為獲得更好的性能，有源天線陣列通常需要成千上萬個單元。這樣，對于無論是模擬天線陣列還是數(shù)字天線陣列，其系統(tǒng)復(fù)雜度和成本都大大提高。因此，開發(fā)低系統(tǒng)復(fù)雜度、低成本的有源天線陣列有著廣泛的需求和重要的意義。在此背景下，時間調(diào)制陣列，作為一種低復(fù)雜度的有源天線陣列，在近年來引起研究者的極大關(guān)注。時間調(diào)制陣列，又稱四維陣列，是一種新型的陣列天線結(jié)構(gòu)。其特征是在傳統(tǒng)的天線陣列的射頻前端增加周期性調(diào)制的射頻開關(guān)，通過對各射頻開

3、關(guān)進行周期性調(diào)制來實現(xiàn)所需的陣列方向圖。
　　由于周期調(diào)制，時間調(diào)制陣列會產(chǎn)生基波分量和各次諧波分量。其中，基波分量可以應(yīng)用于方向圖綜合，諧波分量則可應(yīng)用于波束形成。在利用基波分量進行方向圖綜合時，時間調(diào)制陣列雖然具有結(jié)構(gòu)簡單、控制系統(tǒng)復(fù)雜度低等優(yōu)點，其缺點也不容忽視。單頻的正弦信號在經(jīng)過周期性的時間調(diào)制后，會同時產(chǎn)生基波分量和諧波分量。而諧波分量會形成邊帶輻射，對其他的電子系統(tǒng)造成干擾，因此需要對其進行抑制。本文在總結(jié)現(xiàn)有的邊帶

4、輻射抑制方法的基礎(chǔ)上，提出了基于非均勻周期調(diào)制的時間調(diào)制陣列邊帶輻射抑制方法。相對于已有的利用各種進化類算法的邊帶抑制方法，該方法的計算復(fù)雜度較低。在利用時間調(diào)制陣列進行波束形成時，洽是利用基波方向圖綜合中不需要的諧波分量。然而，在利用傳統(tǒng)的時間調(diào)制陣列的諧波分量進行波束形成時，其能量使用效率較低。因此需要對傳統(tǒng)的時間調(diào)制陣列進行改進，其目標(biāo)是在不至于明顯增加硬件復(fù)雜度的條件下，提高能量的使用效率。本文提出了一種基于類單邊帶調(diào)制模塊的改

5、進型時間調(diào)制陣列，將傳統(tǒng)的時間調(diào)制陣列的輻射能量提高了約9dB，整個鏈路的能量損失的理想值減少到約1dB。
　　時間調(diào)制陣列的測向特性已經(jīng)受到研究者的關(guān)注。在已公開的文獻中，研究者注意到信號的入射方向與諧波分量的方向圖存在定性關(guān)系，但并未給出定量的計算關(guān)系式。本文推導(dǎo)了信號的入射方向與基波分量、第一次諧波分量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式，并通過數(shù)值仿真和外場實驗驗證了時間調(diào)制陣列的測向能力。通過分析諧波分量之間的定量的數(shù)學(xué)關(guān)系，本文將時間調(diào)制

6、的思想應(yīng)用到有源陣列的并行校準(zhǔn)中，能在不使用輔助陣元的條件下實現(xiàn)有源陣列的快速并行校準(zhǔn)。
　　時間調(diào)制陣列的理論與應(yīng)用研究方興未艾，其在未來移動通信中的應(yīng)用正引起研究者的廣泛興趣。空分多址技術(shù)能有效的提高頻譜利用效率，本文探討了利用時間調(diào)制陣列來實現(xiàn)空分多址的技術(shù)方式。針對當(dāng)前高速鐵路4G移動通信中的多普勒效應(yīng)問題，本文將時間調(diào)制陣列應(yīng)用到多普勒頻移補償中，在射頻前端即通過硬件電路對多普勒頻移進行補償。該方法能有效的抵消由于高速運