【摘要】：隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,通信和雷達(dá)等傳統(tǒng)的無線系統(tǒng)都對各自的天線系統(tǒng)提出諸如多功能、高性能和低成本等方面越來越高的要求,這使得傳統(tǒng)的天線形式難以滿足飛速變化的系統(tǒng)需求。時間調(diào)制陣列作為一種低成本、低復(fù)雜度的新型天線陣列,近年來受到國內(nèi)外研究者的極大關(guān)注。時間調(diào)制陣列是一種在射頻前端加入周期性調(diào)制射頻開關(guān)的新型天線。通過調(diào)節(jié)不同射頻通道脈沖占空比與傳統(tǒng)天線陣列中幅度加權(quán)比例相一致來實(shí)現(xiàn)方向圖綜合。由于將時間因素作為一個獨(dú)立的維度引入天線陣列的設(shè)計(jì),相對應(yīng)于傳統(tǒng)天線陣列在空間的三個維度,其也被稱為四維天線陣列。同時,由于周期性的調(diào)制,時間調(diào)制陣列會產(chǎn)生含有不同信息量諧波分量,這些諧波分量可以用來實(shí)現(xiàn)測向、波束掃描、空分多址等功能。雖然時間調(diào)制陣列具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn),但是其缺點(diǎn)也不容忽視。傳統(tǒng)時間調(diào)制陣列結(jié)構(gòu)中存在能量利用率低和瞬時性能不穩(wěn)定的問題,而在測向應(yīng)用中存在測向精度不高和帶寬受限的問題。針對這些問題,本文提出了一些結(jié)構(gòu)和方法增強(qiáng)了傳統(tǒng)時間調(diào)制陣列的效率,提升了其測向方法的精度、并拓寬了其帶寬適用范圍。本文的主要研究內(nèi)容包括以下四個方面:1、針對傳統(tǒng)時間調(diào)制陣列中部分能量被饋電網(wǎng)絡(luò)吸收后能量利用率低的問題,本文提出了一種基于可重構(gòu)功分器的時間調(diào)制陣列結(jié)構(gòu)。通過在饋電網(wǎng)絡(luò)中使用可重構(gòu)功分器,將閉合通道上被吸收的能量均勻轉(zhuǎn)移到其他打開的通道上,從而提高了陣列的饋電效率。同時推導(dǎo)了方向圖綜合時相應(yīng)的時序和邊帶輻射能量表達(dá)式。分別搭建了基于吸收式開關(guān)和基于可重構(gòu)功分器的兩套時間調(diào)制陣列實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),通過實(shí)驗(yàn)對比驗(yàn)證所提結(jié)構(gòu)的有效性。2、針對傳統(tǒng)時間調(diào)制陣列瞬時性能不穩(wěn)定的問題,本文基于可重構(gòu)功分器的時間調(diào)制陣列結(jié)構(gòu),提出一種以陣列瞬時增益平穩(wěn)度為主要優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化策略。通過結(jié)合可重構(gòu)功分網(wǎng)絡(luò)饋電瞬時效率穩(wěn)定的優(yōu)勢,該結(jié)構(gòu)可以提高陣列整體增益的穩(wěn)定性。同時,優(yōu)化結(jié)果顯示:由于可重構(gòu)功分器的靈活性,相比于現(xiàn)有的方向圖綜合結(jié)果,該結(jié)構(gòu)可以有效降低邊帶電平。3、針對現(xiàn)有時間調(diào)制陣列測向技術(shù)中測向精度不高的問題,本文分別在時域和頻域上提出了提高測向精度的方法。在時域上,利用多脈沖累積,可以有效提高相位探測精度。通過將該方法應(yīng)用在渦旋波模態(tài)編解碼系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)高精度渦旋波相位梯度判定并降低系統(tǒng)誤碼率。在頻域上,利用多諧波估計(jì)可以充分利用高次諧波所包含的信息,通過理論推導(dǎo)證明了最小二乘估計(jì)與最佳線性無偏估計(jì)的等價性,從而降低了測向計(jì)算量。最后,搭建了一套多諧波測向測試系統(tǒng)驗(yàn)證了所提結(jié)論的有效性。4、針對現(xiàn)有時間調(diào)制陣列測向技術(shù)對信號帶寬的限制,本文分別提出了基于傅里葉變換和基于脈沖壓縮技術(shù)兩種寬帶線性調(diào)頻信號的測向方法。在基于傅里葉變換的測向方法中,通過分析信號時頻域特征,推導(dǎo)出該系統(tǒng)的帶寬限制條件和測向表達(dá)式。在基于脈沖壓縮技術(shù)的測向方法中,推導(dǎo)出發(fā)射信號的限制條件和反射信號方向表達(dá)式。最后,構(gòu)建了兩套測向系統(tǒng)分別驗(yàn)證所提方法。
【圖文】：

(a) (b)圖 1-1 最初的天線系統(tǒng)。(a) 赫茲實(shí)驗(yàn)的無線電路, (b) 馬可尼制作的最初的無線電發(fā)射機(jī)之一Fig 1-1 Original antenna system. (a) Experimental circuit used by Heinrich Hertz, (b) One of thfirst radio transmitters built by Guglielmo Marconi

(a) (b)圖 1-2 不同的天線陣列結(jié)構(gòu)。(a)新墨西哥州索科羅的甚大天線陣, (b)AN-270 雷達(dá)的反射型天線陣列Fig 1-2 Different structures of antenna array. (a) The very large array in Socorro, New Mexico. (bReflective array antenna ofAN-270 radar
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN820

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 朱小文;時間調(diào)制天線陣列理論與應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2007年

，

本文編號：2631418