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5.8GHz通信系统阵列天线设计与校正

刘明罡  
【摘要】: 本文针对5.8GHz点对多点通信系统,设计中心站和用户站使用的天线阵列,并设计针对智能天线和大规模相控阵天线的校正算法。 针对中心站用的全向天线的高性能要求,设计了并行馈电的天线阵列。为了避免并行馈电网络影响天线的全向性,采用了三扇区天线合成全向覆盖的方案,每个扇区天线是一个贴片天线阵列。而每个天线单元又是一个寄生贴片天线阵列。通过改变寄生单元的负载,可以调整扇区天线波束宽度,使之满足扇区天线的-6dB波束宽度为120°的要求,从而使整个天线阵达到良好的全向性。 针对用户站用的定向天线的性能要求,采用基于基片集成波导的平板缝隙天线阵作为解决方案。与传统的金属平板波导相比,基片集成波导具有成本低廉,集成度高等优点。但是基片集成波导的宽高比很大,因此缝隙天线阵的带宽较窄。在本论文中,分析了波导缝隙天线的带宽与其组阵方式和馈电波导宽高比的变化规律,并且提出了用扼流槽扩展带宽的方案。最后实现一个平面化的波导缝隙天线阵,该天线具有8.1%的带宽和–25~–32dB的低旁瓣性能。 在相控阵天线、智能天线以及其他有源天线阵中,需要对每个天线单元的射频通道的不一致性进行校正。基于经典的旋转矢量法,本文提出了用于大规模相控阵天线校正的分组旋转矢量法。该方法同时旋转多个天线单元的信号源的相位,能够使被测信号的起伏显著增加。从而克服了经典方法中被测信号幅度变化不明显,难于检测的缺点。误差估计和仿真校正结果显示,该方法能够提高测量精度,改善校正效果。初步的试验表明,该方法具有可行性。


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