時(shí)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(dá)、通信、導(dǎo)航以及射電天文學(xué)系統(tǒng)中，其優(yōu)點(diǎn)包括波束掃描方式靈活、可實(shí)現(xiàn)多波束以及超低副瓣特性等。有源天線陣列通過(guò)幅度和相位加權(quán)實(shí)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?cè)鲆娣糯笃骱拖嘁破骷?lái)實(shí)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(guò)數(shù)字信號(hào)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(wàn)個(gè)單元。這樣，對(duì)于無(wú)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(kāi)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(shí)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(lái)引起研究者的極大關(guān)注。時(shí)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(kāi)關(guān)，通過(guò)對(duì)各射頻開(kāi)

3、關(guān)進(jìn)行周期性調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的陣列方向圖。
　　由于周期調(diào)制，時(shí)間調(diào)制陣列會(huì)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(jìn)行方向圖綜合時(shí)，時(shí)間調(diào)制陣列雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制系統(tǒng)復(fù)雜度低等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)也不容忽視。單頻的正弦信號(hào)在經(jīng)過(guò)周期性的時(shí)間調(diào)制后，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生基波分量和諧波分量。而諧波分量會(huì)形成邊帶輻射，對(duì)其他的電子系統(tǒng)造成干擾，因此需要對(duì)其進(jìn)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(shí)間調(diào)制陣列邊帶輻射抑制方法。相對(duì)于已有的利用各種進(jìn)化類算法的邊帶抑制方法，該方法的計(jì)算復(fù)雜度較低。在利用時(shí)間調(diào)制陣列進(jìn)行波束形成時(shí)，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(shí)間調(diào)制陣列的諧波分量進(jìn)行波束形成時(shí)，其能量使用效率較低。因此需要對(duì)傳統(tǒng)的時(shí)間調(diào)制陣列進(jìn)行改進(jìn)，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(jìn)型時(shí)間調(diào)制陣列，將傳統(tǒng)的時(shí)間調(diào)制陣列的輻射能量提高了約9dB，整個(gè)鏈路的能量損失的理想值減少到約1dB。
　　時(shí)間調(diào)制陣列的測(cè)向特性已經(jīng)受到研究者的關(guān)注。在已公開(kāi)的文獻(xiàn)中，研究者注意到信號(hào)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(jì)算關(guān)系式。本文推導(dǎo)了信號(hào)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(guò)數(shù)值仿真和外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了時(shí)間調(diào)制陣列的測(cè)向能力。通過(guò)分析諧波分量之間的定量的數(shù)學(xué)關(guān)系，本文將時(shí)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(shí)現(xiàn)有源陣列的快速并行校準(zhǔn)。
　　時(shí)間調(diào)制陣列的理論與應(yīng)用研究方興未艾，其在未來(lái)移動(dòng)通信中的應(yīng)用正引起研究者的廣泛興趣?？辗侄嘀芳夹g(shù)能有效的提高頻譜利用效率，本文探討了利用時(shí)間調(diào)制陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)空分多址的技術(shù)方式。針對(duì)當(dāng)前高速鐵路4G移動(dòng)通信中的多普勒效應(yīng)問(wèn)題，本文將時(shí)間調(diào)制陣列應(yīng)用到多普勒頻移補(bǔ)償中，在射頻前端即通過(guò)硬件電路對(duì)多普勒頻移進(jìn)行補(bǔ)償。該方法能有效的抵消由于高速運(yùn)