空时四维天线阵在无线通信领域的应用基础研究

发布时间：2024-02-04 03:15

　　阵列天线是无线电子系统的重要结构,对系统的性能实现有着至关重要的作用,在无线通信和雷达系统中应用广泛,可以实现低/超低副瓣、快速波束扫描、波束赋形、多波束形成以及自适应零深形成等功能。上述功能的实现需要传统天线阵具备精确的幅度控制和相位控制能力。复杂的馈电网络结构、高精度的幅相控制需求以及高昂的成本花费,在增加了传统天线阵的设计加工难度的同时也对其在实际工程中的应用提出了巨大挑战。四维(Four-Dimensional,4D)天线阵引入“时间”这一维自由度,给予阵列天线设计更大的灵活性。通过对射频(RF)开关进行时间调制,4D天线阵可以在中心工作频率形成等效的幅度加权并且在边带产生等效的幅度加权以及相位加权,弱化了传统阵列天线对激励幅相的依赖,在较低的幅度动态范围比下实现对天线阵列的精确辐射控制,大大简化馈电网络,节约成本。同时4D天线阵具有高效应用性,一种固定结构的4D天线阵阵列形式通过对开关时序的控制可以实现多种功能,适用于多种场景,大大减少了天线的设计成本。本文的工作从4D天线阵时域和频域的辐射本质出发,给出信号带宽和调制频率在不同的大小关系下,4D天线阵在无线通信领域的应用。提...

【文章页数】：118 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究历史及现状
        1.2.1 四维天线阵技术
        1.2.2 轨道角动量技术
        1.2.3 反向阵技术
    1.3 本文的主要创新
    1.4 本文的主要内容和结构安排
第二章 四维天线阵的基本原理
    2.1 引言
    2.2 四维天线阵的基本结构
        2.2.1 常用阵列类型
        2.2.2 时间调制方式
        2.2.3 射频开关类型
    2.3 四维天线阵的基本参数
        2.3.1 方向性系数
        2.3.2 馈电网络效率
        2.3.3 增益
    2.4 四维天线阵信号带宽
    2.5 本章小结
第三章 四维天线阵改进的相位调制技术
    3.1 引言
    3.2 相位调制四维天线阵的结构组成
    3.3 相位调制四维天线阵的基本算例
        3.3.1 中心频率波束扫描
        3.3.2 中心频率波束赋形
    3.4 本章小结
第四章 四维天线阵在轨道角动量无线通信上的应用
    4.1 引言
    4.2 轨道角动量的基本原理与实现方式
        4.2.1 轨道角动量的基本原理
        4.2.2 轨道角动量的主要实现方式
        4.2.3 四维圆环天线阵产生轨道角动量模式的基本原理
    4.3 四维圆环天线阵同时产生多种轨道角动量模式的仿真设计
        4.3.1 四维圆环天线阵同时产生多种轨道角动量模式的时序设计
        4.3.2 四维圆环阵同时产生多种轨道角动量模式的全波仿真
    4.4 四维圆环天线阵同时产生多种轨道角动量模式的实验设计
    4.5 四维天线阵对轨道角动量模式信号的解调
    4.6 本章小结
第五章 基于四维反向阵的物理层保密通信
    5.1 引言
    5.2 四维反向阵的物理层保密通信基本理论
        5.2.1 反向技术实现方式
        5.2.2 四维天线阵物理层保密通信原理
    5.3 四维反向阵的物理层保密通信系统
        5.3.1 时序设计
        5.3.2 一个合法接收机情景下的四维反向阵保密通信
            5.3.2.1 数值仿真
            5.3.2.2 实验验证
        5.3.3 两个合法接收机情景下的四维反向阵保密通信
            5.3.3.1 数值仿真
            5.3.3.2 实验验证
    5.4 本章小结
第六章 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果



本文编号：3895115