宽频带宽角域扫描的圆极化相控线阵设计

针对传统相控阵工作频带窄、圆极化波束扫描角度小的问题,设计了一款宽波束天线单元以及1×6相控线阵。采用叠层贴片技术展宽天线的阻抗带宽,设计新型的三维地结构拓展天线的波束宽度,利用介质匹配层技术改善天线在低仰角区域的阻抗匹配,并通过双点馈电实现圆极化辐射。仿真与实测结果表明,天线单元的3 dB波束宽度在4.3~5.6 GHz的频带内均大于115°。天线阵列在4.5~5.3 GHz的频带内,主波束的最大扫描范围为-57°~58.5°,其3 dB波束覆盖范围达到185°,在主波束的扫描范围内轴比小于6 dB,具有良好的宽频带宽角域的圆极化扫描特性,在卫星通信、移动基站等领域有广阔的应用前景。     

阵列导向矢量在智能天线自适应算法中的应用

分析了智能天线自适应算法的基本原理,针对常用算法运算量大和测向精度有限等问 题,在接收机的输出端引入阵列导向矢量信号,利用方向性因子和协方差矩阵的特殊性 质,通过多次迭代运算得出区间内的信干噪比曲线。通过对八元直线型智能天线阵列的HFSS 仿真实验表明,两组信干噪比曲线峰值均对应期望信号方向,峰值信干噪比大于30 dB ,算法抗干扰性能良好。八元阵列天线的最大增益约为18 dB,通带内驻波比小于15 , 反射系数小于-25 dB,天线系统波束搜索性能良好,而且可以实现远距离传输。     

4.9 GHz小型化集成相控阵天线设计

设计了一种相位控制和馈电一体化的8×8相控阵天线。将多路微带线功分器和移相器芯片集成于同一片电路板作为馈电网络并压合于阵列天线背面,形成了单端口馈电的64单元集成相控阵天线。该相控阵天线整体厚度仅2.25 mm,馈电端口至天线单元之间没有任何连接电缆,具有低剖面小型化和一体化的显著优点。电磁仿真结果显示,4.9 GHz的回波损耗小于-25 dB,最大增益为22.5 dB。此外,主极化和交叉极化隔离度为30 dB,主波束可实现-58°~62°平面扫描,具有较好的交叉极化和波束宽角域连续扫描特性,可应用于5G移动通信小型基站。     

Ka频段宽带双口双模馈源设计

针对卡塞格伦天线系统对馈源的要求,设计了一种Ka频段双口双模馈源,可与X频段馈源组合成体积较小的双频段馈源。采用圆环状的和差比较器结构,降低了双频段馈源的体积,通过添加过渡阶梯、圆柱销钉与金属调配板等设计,改善了双频段馈源的性能。测试结果表明,在绝对带宽2 GHz范围内,S和口、E差口与H差口驻波比均小于2,3个端口间的隔离度均大于25 dB。测试频率的和方向图在±60°时的归一化增益均在-14~-20 dB范围内,初级归一化和方向图的对称性较理想,差方向图的零值深度均小于-25 dB,满足卡塞格伦天线对馈源设计的指标要求。     

一种新型高增益小型化四臂螺旋天线

针对卫星通信、卫星导航设备中四臂螺旋天线低仰角增益低、馈电网络尺寸不能满足安装要求的问题,设计了一种新型四臂螺旋天线,采用折叠式威尔金森(Wilkinson)移相馈电网络馈电,采用类八臂渐变式螺旋臂的方法提升天线低仰角增益。天线仿真和测试结果吻合良好,结果显示,在±60°~±90°低仰角范围内天线增益提高了1~2 dB,天线轴比保持在2以内,馈电网络高度降低了1.5 cm。该四臂螺旋天线具有低仰角高增益、圆极化特性良好、尺寸小等特点。     

基于DDS相位搜索的数字阵列通道幅相标校技术

在大型数字相控阵系统中,为了满足阵列增益及天线方向图特性,需要保证阵列通道的幅度和相位的一致性,而动态不一致性标校是大型阵列的标校难题。提出了一种基于直接数字频率合成（Direct Digital Synthesizer,DDS）相位搜索算法的数字相控阵通道一致性标校技术,较传统基于相关算法的标校技术,可有效降低对标校信号信噪比的要求,且可提升大规模数字阵列通道标校的效率。仿真结果表明,当信噪比等于0 dB时,采用所提算法可将幅度估计误差的均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）值控制在0.3 dB以内,相位估计误差的RMSE值可控制在1.5°以内,较传统算法的性能均提升了3倍。通过搭建样机评估系统,进一步验证了提出算法对数字相控阵通道一致性标校性能的提升。     

基于空时二维协方差矩阵修正的波束形成算法

在实际应用环境中,信源和阵列传感器等存在误差,假设期望信号的导向矢量与真实信源导向矢量的失配会导致阵列波束形成器把期望信号当作干扰来加以抑制。针对信号匹配误差导致自适应波束形成性能下降的问题,提出了一种基于空时二维协方差矩阵修正的波束形成算法,利用空时结构对宽带幅相误差校正的特性,对空时二维协方差矩阵进行重构,并对修正协方差矩阵进行特征值分解,分离出信号加干扰子空间,将失配导向矢量投影可使期望信号与噪声子空间严格正交,最后求解算法最优权值。算法有效改善了波束形成的输出信噪比,计算机仿真验证了理论分析的正确性和算法的稳健性。     

一种改进的小型化超宽带平面倒锥缝隙天线

提出了一种改进的超宽带平面倒锥缝隙贴片天线,通过调整倒锥缝隙和倒锥贴片的形 状,在更小尺寸条件下,实现了超宽带性能。天线总体尺寸为40 mm×40 mm× 1.5 mm。采用仿真软件分析了该天线的阻抗带宽、辐射方向图及增益特性。结果显示,该 天线的回波损耗小于-10 dB的带宽为2.2 GHz到大于16 GHz,在低频段具有全 向性,在3～14 GHz频段增益随频率的变化在4～7 dB之间。     

双层宽波束天线设计

针对宽波束天线在车载雷达中的应用,突破角雷达方位面3 dB波束宽度的限制,实现微带阵列天线在水平面的宽波束覆盖,设计了一款1×10串馈微带双层结构天线。线阵单元采用道尔夫-切比雪夫（Dolf-Chebyshev）综合法电流分布来达到降低天线俯仰面副瓣的效果,在串馈阵列上方加载寄生贴片和介质基板拓展天线方位面的3 dB波束宽度。分析了双层天线展宽波束的原理,加工并实测了双层宽波束天线,其方位面的3 dB波束宽度为134.6°,增益达到10.6 dB,副瓣电平为-19.8 dB,可以满足车载角雷达天线需求。     

干扰条件下的“北斗”信号解扩重构DOA估计

在干扰条件下，卫星导航抗干扰波束形成算法往往需要卫星信号波达方向（Direction-of-Arrival，DOA）的先验信息。但当存在低信噪比信号或主动干扰源时，常规的DOA估计算法性能急剧下降甚至失效。针对此问题，提出了一种被干扰信号压制的低信噪比“北斗”信号的DOA估计算法。该算法首先通过对接收信号进行子空间投影抑制干扰信号，然后对抑制干扰后的信号进行解扩重构处理，最后通过多重信号分类算法完成对“北斗”信号的DOA估计。仿真结果表明，在干扰信号干信比80 dB条件下，“北斗”信号DOA估计误差在5°以内，为下一步进行波束形成计算提供了高精度的入射角信息。     

具有自校准功能的多通道数字下变频器设计

针对多通道通信雷达系统中下变频器件功能单一及幅相校准电路实现复杂的问题，采用多模式全流水线坐标旋转数字计算机设计了一种改进的全数字下变频电路。改进的设计在输入端利用其旋转模式实现数字下变频功能，在基带端利用其向量模式计算通道幅相误差并形成反馈补偿，具有精简的硬件系统结构。闭环实验结果表面，系统自校准后的基带幅度误差控制在0.08dB内，相位误差控制在0.15°内，进一步验证了提出方法的可行性和正确性。     

用DSP实现相参处理器I/Q通道幅相误差自动校正

本文介绍I/Q通道误差自动校正的实现方法。校正网络由组合逻辑组成,可以校正同相支路和正交支路的幅相误差和直流偏移。校正系数由DSP根据相参测试信号算出。当幅度误差为0.1dB,相位误差为5时,产生的相对镜像电平为-27dB。经过误差自动校正后,相对镜像电平下降到-52dB。     

导向矢量和协方差矩阵联合迭代估计的稳健波束形成算法

针对自适应波束形成器在目标导向矢量存在约束偏差时性能急剧下降的问题,该文提出一种目标导向矢量和干扰噪声协方差矩阵联合迭代估计的稳健波束形成算法。该算法首先采用稀疏重构的方法得到目标导向矢量的初始值,并通过从采样协方差矩阵中剔除目标信号估计值完成干扰加噪声协方差矩阵的初始化;然后在建立导向矢量误差优化模型的基础上,采用凸优化方法对目标导向矢量和干扰加噪声协方差矩阵联合迭代求解。最后利用目标导向矢量和干扰加噪声协方差矩阵的稳态估计值获得自适应权矢量。仿真结果表明该算法提高了波束形成器在目标导向矢量约束偏差时的输出信干噪比。     

基于约束最小二乘准则的信道矢量估计算法

提出了一种改进算法,该算法首先用子空间分解法估计出目标信号的导向矢量,并由此构造一个约束条件,然后用业务信号在约束最小二乘准则下估计信道矢量,导频仅用于信道矢量的初始估计,信道矢量的估计精度可以通过迭代过程逐步增加。理论分析与仿真结果表明,该算法使信道矢量的估计精度得到了明显提高。     

基于LTCC的超宽带巴伦滤波器小型化设计

该文设计了一种基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术的小型化超宽带巴伦(Balun)滤波器。该巴伦滤波器由一个五阶带通滤波器和基于Marchand巴伦改进型巴伦级联组成,带通滤波器采用耦合谐振式的设计方法,设计成宽带高抑制巴伦滤波器,在二阶、三阶和四阶谐振之间创新采用电感级联的拓扑结构,使相对带宽在48%以上。巴伦输入与输出之间的耦合采用一种并联堆叠式耦合螺旋传输线,增强了传输线之间的耦合,并拓宽了巴伦的带宽。结果表明,该巴伦滤波器通带为1.71～2.76 GHz,插损均小于2.3 dB;在50～669 MHz,抑制大于35 dB;在669～1 245 MHz,抑制大于17 dB;在3 205～3 400 MHz,抑制大于27 dB;在3 400～6 000 MHz,抑制均大于30 dB。两个输出端口信号的相位差和幅度差分别为180°±15°(1 710～2 340 MHz)、180°±10°(2 500～2 760 MHz)和±1.0 dB,具有较高的通用性和良好的应用市场。     

存在相干信号时的最优波束形成

本文提出一种新的存在相干信号时的最优波束形成方法。该方法首先利用估计得到的期望信号和相干信号 的方向形成变换矩阵,去掉数据中的期望信号和相干信号成分，求得不相关干扰信号的子空间以及其正交子空间，然后得到期望信号和相干信号的合成导向矢量在该正交子空间中的投影矢量，并把该投影矢量作为自适应权矢量。经理论分析表明，这种方法基本上和理论上的最优方法相同。另外，该方法可以适用于任意的阵列结构，并且对期望信号和相干信号方向估计误差具有很强的稳健性。计算机仿真结果证实了本文方法的有效性。     

Phase Shifts in Single- and Dual-Gate GaAs MESFET's for 2-4-GHz Quadrature Phase Shifters

The variation of transmission phase for single- and dual-gate GaAs MESFET's with bias change and its probable effects on the performance of an active phase shifter have been studied for the frequency range 2 to 4 GHz. from measured S-parameter values for single- and dual-gate transistors, the element values of the equivalent circuits were fitted by using the computer-aided design program SUPER COMPACT. For the normal full-gate voltage range 0 to -2 V at V/sub DS/= 4 V, the single-gate MESFET varies in transmission phase from 142° to 149° at 2 GHz, and from 109° to 119° at 4 GHz. However, with drain voltage varied from 0.3 to 4 V and a constant gate-voltage bias of 0 V, the phase shifts are much larger, 105° to 145° at 2 GHz and 78° to 112° at 4 GHz. this suggests that large phase shifts may be expected in a dual-gate device and this is found to be so. With V/sub DS/= 4 Vand V/sub GS1/= - 1.0 V, variation of control (second) gate bias from 0 to - 1.75 V for the NE463 GaAs MESFET produces a transmission phase variation from 95° to 132° at 2 GHz and 41° to 88° at 4 GHz. Such phase shifts cause both amplitude and phase errors in phase-shifter circuits of the kind where signals from two FET channels are combined in quadrature with their gate voltages controlled to provide 0° to 90° phase control with constant amplitude. For the single-gate FET examined, the expected amplitude and phase errors are 0.30 dB and 6° at 2 GHz, and 0.36 dB and 10° at 4 GHz. If dual-gate FET's are used in similar circuits, the distribution of errors is different. For NE463 devices, the corresponding figures are 0.56 dB and 2° at 2 GHz and 1.2 dB and 3° at 4 GHz. the advantage of the dual-gate configuration is that the input impedance conditions are more constant than for the single-gate configuration.     

采用相位法的激光跟踪系统设计

为提高激光跟踪精确度,采用相位法改进激光跟踪系统,发射机采用正弦信号调制激光功率,接收电路采用四象限雪崩光电二极管(APD)检测激光回波,通过快速傅里叶变换(FFT)计算失调角,稳定平台保持视轴稳定,并根据失调角跟踪目标。失调角误差是跟踪误差的主要因素之一,与信噪比和数据长度成反比,系统通过滤波、高速采样提高测量精确度。仿真时载体扰动幅度为5°,信噪比为0 dB,干扰信号为目标信号的100倍,系统能准确识别目标,跟踪误差为0.033°,表明基于相位法的跟踪系统具有多目标、高精确度跟踪能力。     

基于相干信号源的改进MUSIC算法

提出一种基于相干信号源的改进多重信号分类（IMUSIC）算法,以估计相干信号波达方向（DOA）。相干信号间接收数据特征值分解后,直接利用大特征值对应的信号子空间与信号导向矢量的关系,通过多维来波方向搜索谱峰,实现对来波方向的有效估计。与空间平滑算法相比,IMUSIC算法具有4大优点,仿真结果也验证了IMUSIC算法的有...     

基于半正定秩松弛方法的稳健波束形成

现有的向量加权稳健波束形成方法只有在指向误差较小的情况下才能有效估计目标的信号功率;矩阵加权波束形成方法在指向误差较大时,虽然可以估计目标的信号功率,但是它的系统实现复杂度与向量加权稳健波束形成方法相比较大。针对以上问题,该文提出基于半正定秩松弛(SDR)方法的稳健波束形成,该方法优化模型中的目标函数与Capon算法的目标函数相同,优化变量为加权向量的协方差矩阵,并约束方向图的主瓣幅度波动范围、旁瓣电平,协方差矩阵的秩为1。应用SDR方法求得加权向量的协方差矩阵,将该矩阵中的每一行(列)转化为加权向量,然后选择使得方向图主瓣与0 dB之间失真最大值最小的一个加权向量。该方法的系统实现复杂度与传统向量加权方法一致,对信号功率的估计性能与矩阵加权方法相当。仿真实验验证了该文方法可以得到理想的方向图形状,并且可以在大指向误差条件下有效估计信号功率。