方向回溯天線陣研究.pdf

1、近年來，隨著移動(dòng)通信用戶數(shù)量的急劇增長(zhǎng)，頻率資源日益緊張，現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)迫切需要低成本、高增益、同時(shí)具有自動(dòng)波束跟蹤能力的新型天線。方向回溯天線基于相位共軛技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)波束跟蹤，且不需預(yù)先知道來波方向，也不需要復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理，具有快速跟蹤和高性價(jià)比的特點(diǎn)，在通信和雷達(dá)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　 本論文系統(tǒng)總結(jié)了國(guó)內(nèi)外方向回溯天線陣及其系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和方法，詳細(xì)分析和討論了各種不同實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，從理論上系統(tǒng)的對(duì)方向回

2、溯天線及其系統(tǒng)的相關(guān)問題分別進(jìn)行了研究和闡述。
　　 方向回溯天線陣在大多數(shù)文獻(xiàn)中僅僅是一般定性的概念描述，因此文章首先從一般天線陣模型出發(fā)，嚴(yán)格的推導(dǎo)了實(shí)現(xiàn)方向回溯功能的實(shí)現(xiàn)條件——相位共軛條件，并首次提出了廣義相位共軛條件和廣義相位共軛波；理論上證明了相位共軛波的可存在性和方向回溯天線陣所具有的獨(dú)特特點(diǎn)。對(duì)實(shí)現(xiàn)方向回溯功能的三種主要方法及其優(yōu)缺點(diǎn)了進(jìn)行了討論，理論推導(dǎo)了方向回溯天線陣單站和雙站RCS的表達(dá)式，并研究了方向回溯

3、陣的陣列噪聲特性。
　　 VanAtta陣是第一個(gè)具有方向回溯功能的天線陣。針對(duì)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)都是定性分析這一情況，首次對(duì)VanAtta陣做了詳細(xì)的理論研究，給出了無源VanAtta線陣、有源VanAtta線陣、無源VanAtta平面陣的回溯場(chǎng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并研究了天線單元反射及其環(huán)形器隔離度對(duì)功率放大器增益的限制。對(duì)VanAtta天線陣的散射場(chǎng)特性進(jìn)行了分析，研究了連接傳輸線對(duì)天線陣的散射總場(chǎng)的影響，系統(tǒng)仿真驗(yàn)證了其自動(dòng)波束跟蹤特

4、性。結(jié)合高空通信平臺(tái)應(yīng)用，給出了一種非交叉連接的平面VanAtta陣列布局，并討論了傳輸線長(zhǎng)度及損耗與陣列RCS和尺寸的關(guān)系。
　　 對(duì)基于混頻技術(shù)的方向回溯陣，從廣義相位共軛條件出發(fā)，給出了相位共軛陣具有方向回溯性的理論基礎(chǔ)，對(duì)其散射場(chǎng)特性進(jìn)行理論研究，給出了考慮互耦和射頻泄漏情況下的回溯場(chǎng)表達(dá)式。首次提出了泄漏系數(shù)的概念，并討論了射頻泄漏系數(shù)對(duì)中頻信號(hào)幅度、相位和波束指向誤差的影響。
　　 方向回溯天線陣一般需要高隔

5、離度雙極化天線，文中采用矩量法分析設(shè)計(jì)了一種H型口徑耦合饋電的高增益、寬頻帶雙極化微帶天線。同時(shí)，以串聯(lián)分布加載謝昆諾夫積分方程為出發(fā)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了任意電流分布的一般連續(xù)阻抗加載分布；并在Wu-King基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了一種高效阻抗加載分布，修正了Wu-King的比例因子計(jì)算公式，給出了最佳加載理論設(shè)計(jì)曲線。理論和仿真表明這種加載分布的寬帶和高效率特性。
　　 在方向回溯通信系統(tǒng)中，采用不同的體系結(jié)構(gòu)其實(shí)現(xiàn)的功能和性能有所不同，衡量方向回

6、溯特性的一個(gè)最重要的指標(biāo)就是波束指向誤差。本論文首先綜述了現(xiàn)有的各種方向回溯系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，研究了波束指向誤差與陣列大小、單元天線、射頻泄漏，收發(fā)頻偏，多普勒頻移等關(guān)系，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計(jì)了一種工作于C波段的方向回溯通信系統(tǒng)，理論仿真給出了系統(tǒng)特性。
　　 最后結(jié)合當(dāng)前研究熱點(diǎn)——缺陷地面結(jié)構(gòu)(DGS)，研究了啞鈴形DGS結(jié)構(gòu)作為濾波器在方向回溯系統(tǒng)中的應(yīng)用。首先改進(jìn)了DGS單元LCR等效電路的參數(shù)提