基于均匀圆形阵列的OAM复用通信研究

轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)独特的模分复用(modular division multiplexing,MDM)无线通信作为超越第五代(5G)技术的新兴候选者引起了广泛关注。均匀圆形阵列(uniform circular array,UCA)为模拟涡旋波提供了实现平面紧凑解决方案的潜力。利用柱面坐标系下OAM-UCA因子对单环均匀圆形天线阵列进行研究,并对通信性能进行分析,结合软件无线电技术(software defined radio,SDR)建立OAM无线通信,经实验证明该系统可在真实的信道环境中实现视频信号的实时传输。同时将OAM与正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)联合通信实际应用提供可能,在未来通信领域具有潜在应用价值。

基于有向阵元的圆形阵列方向图综合

由于圆形阵列方向图所具有的特性,使得圆阵正得到日益广泛应用,但是圆阵方向图却具有相对主瓣 较高的副瓣电平.为此,本文通过引入有向阵元并适当选取其辐射函数有效地解决此类问题.仿真结果表明:有向阵元 对圆阵方向图及自适应零点形成有明显改善作用,但对线阵基本上无作用.

给定方向图的圆形阵列综合方法

本文对基于给定方向图的圆形阵列方向图综合方法进行了系统的分析和研究 .以给定方向图与被综合方向图之间的均方距离最小化为优化准则 ,在无约束、零点约束以及波束扫描约束的情况下 ,分别给出了相应最优激励向量的求解方法 .各种仿真结果表明 ,这种方法对改善圆形阵列方向图的特性既简洁又有效 .

圆形阵列与线性阵列方向图的比较与分析

对圆形阵列与线性阵列的方向图特性进行了分析比较,简要指出了圆形阵列副瓣电平较高的主要原因,并利用有向阵元对圆形阵列方向图进行综合,使圆形阵列副瓣电平较高的特性得到改善.

幂函数拟合研究LED圆形阵列光斑的发散特性

利用LED照度公式推导出LED圆形阵列的光斑半径和发散角公式,建立了研究LED圆形阵列光斑发散特性的数值计算方法。在此基础上利用拟合方法得出了LED圆形阵列的光斑半径和发散角随m值、随目标距离、随阵列半径变化的幂函数公式,这些幂函数拟合公式能够很好地与数值计算结果吻合。利用这些公式能够十分方便地对LED圆形阵列的光斑发散特性进行解析研究,为研究LED圆形阵列的光斑发散特性建立了一种新方法,弥补了数值计算方法不能对LED圆形阵列的光斑发散特性进行解析研究的缺陷。

LED大型圆形阵列的光斑照度均匀性

应用LED芯片的照度公式以及LED大型圆形阵列照度分布的对称性,建立了研究LED大型圆形阵列照度均匀度的物理模型,推导出计算LED大型圆形阵列照度均匀度的公式。利用该公式研究了LED大型圆形阵列照度均匀度随阵列半径、随m值以及随目标距离的变化规律。得出:照度均匀度随阵列半径的增加而非线性地增大;照度均匀度随m值的增加而非线性地增大;照度均匀度随目标距离的增加而非线性地减小。这些规律为提高LED大型圆形阵列的照度均匀性提供了理论依据,也为LED大型圆形阵列的照度均匀性设计提供了研究方向和计算方法。弥补了之前研究LED阵列照度均匀性其研究方法上的不足。

微动勘探法圆形阵列台站数量和分布方式研究

对于微动勘探法常用的圆形阵列,讨论圆周上不同台站数量和分布方式对实测结果的影响。以10个台站的圆形阵列为例,对场地实测微动数据估算其空间自相关系数;并对比分析不同台站数量和分布方式情况下空间自相关系数的差别。结果表明:当圆周上只有1个台站时,难以得到准确的空间自相关系数;当等间隔分布3个台站时,能得到准确的空间自相关系数;当不等间隔分布3个台站时得到的空间自相关系数会有一定的扰动,且在第一个最小值附近有很大的偏差。结论是圆周上等间隔分布3个台站的圆形阵列最具适用性。

均匀圆形阵列基于指数形式导数更新的STAP算法

机载相控阵雷达采用均匀圆形阵列天线具有全方位扫描、同时实现仰俯-方位角估计和天线方向图好等优点;但圆形天线特殊的几何结构使得其各距离单元回波不是独立同分布的样本,造成了空时自适应处理技术性能急剧下降。本文提出了一种基于指数形式导数更新(Exponent derivative based updating,EDBU)的杂波抑制方法,该方法通过对样本数据进行指数形式扩展,减小均匀圆形天线机载雷达杂波的非均匀程度,提高统计型空时自适应处理(Space time adaptive processing,STAP)处理器的性能。仿真结果表明,该方法不仅明显好于局域处理和杂波距离依赖性补偿算法,而且也优于传统的基于导数更新法。

圆形阵列法在能谱测量中的应用

在高能闪光照相技术中,高能X射线的能谱测量一直是一个难点。在以往研究方法的基础上,指出控制散射的影响程度是提高能谱测量精度的关键。提出采用圆形阵列法对X射线能谱进行测量,并针对一特定能谱的X射线设计了测量装置,蒙特卡罗模拟结果表明,可以将散射的影响控制在4%以内,这对提高能谱测量精度具有十分重要的意义。

均匀圆形阵列的局域互谱尺度STAP算法

机载雷达采用均匀圆形阵列天线具有搜索跟踪方式灵活,能实现方位360°扫描等优点,并且当波束在阵列平面内旋转时,波束形状不会有明显改变。本文建立了均匀圆形阵列机载雷达的杂波模型,从杂波谱的空时分布和杂波特征谱的分布两个方面研究了其杂波特性,提出一种固定结构降维结合自适应降秩的STAP算法:局域互谱尺度法,该方法先用固定结构降维处理器将杂波由全空时降至一个维数较低的空间,以减小计算量,降低训练样本数目,然后采用互谱尺度法选取降维杂波协方差矩阵N个最大互谱值对应的特征矢量构成二次降维矩阵,从而保证了在局域范围内,处理器性能最优。仿真结果表明,该算法的性能优于局域处理算法,但运算量和训练样本数与局域处理法相当,且鲁棒性较强。

平面螺旋天线圆形阵列及其测向性能研究

分析仿真了单个平面阿基米德螺旋天线阵元的辐射特性,在此基础上,研究了由该天线为阵元构成的8单元圆形阵列方向图特性,相比于全向阵元构成的8单元圆阵,平面阿基米德螺旋天线阵列可以有效地降低副瓣电平,改善阵列方向图特性。最后讨论了基于MUSIC算法的该阵列测向性能并给出了仿真结果。

一款360°连续扫描圆形阵列天线设计

针对室内通信系统,设计了一款具有360°方位角连续扫描特性的圆形阵列天线.圆形阵列天线由8个端射单极子八木天线阵元按旋转对称方式构成,每个天线阵元包含一个激励单极子、一个反射器和4个引向器.采用同幅同相激励时,阵列天线可以工作于全向辐射模式;采用扩展最大功率传输效率法计算最佳激励分布时,阵列天线工作于定向辐射模式.仿真和实验结果表明,阵列天线工作于全向辐射模式的平均增益为3.78 dBi,增益波动小于2.0 dBi;阵列天线工作于定向辐射模式时的波束指向可以实现360°方位角连续扫描,并保证了定向波束增益最大化和水平方位指向,定向波束最大增益达到11.1 dBi,方位角扫描增益波动小于0.4 dBi,前后比大于12.5 dB.设计的圆形阵列天线具有定向波束增益高、在方位角可连续扫描等技术优势,可用于未来室内小基站系统.

基于圆形活塞声源的椭圆形阵列的指向性研究

构建了基于圆形活塞声源的椭圆形阵列,利用Bridge乘积定理计算了阵列的指向性表达式,采用控制变量法并利用Matlab软件对其指向性进行可视化和分析,得出了该阵列的指向性随阵元的数目、椭圆阵列的短半轴、长半轴、波数等参数的变化特点.为椭圆形阵列的设计提供了参考,有一定的实际意义.

圆形阵列的相干源分辨问题研究

将Gram-Schmidt正交化算法和空间平滑技术应用于解决圆形阵列天线的相干源的分辨问题,对采用有向阵元的圆形阵列天线和无向阵元的圆形阵列天线的相干源分辨的仿真结果进行了比较,分析了有向阵元的圆形阵列天线对相干源分辨力强的原因.

对一种圆形阵列天线的研究

主要分析了一种带有反射面圆形阵列天线。首先根据方向性增强原理,对一般性的不带反射面的圆形阵列天线进行了理论上的分析,计算得到了阵列天线各个阵元的配相,然后根据镜像原理,得到了在中心带有反射面时圆形阵列天线的辐射方向图、增益等天线的技术指标。最后对实际制作的天线进行测量,得到的结果与理论分析的结果相对比,天线在辐射方向上的吻合非常好,达到了设计的要求。

LED圆形阵列照度峰值的幂函数拟合研究

利用LED照度公式推导出LED圆形阵列光斑的照度峰值公式,建立了研究LED圆形阵列光斑照度特性的数值计算方法。在此基础上利用拟合方法得出了LED圆形阵列光斑的照度峰值随目标距离、芯片光强以及阵列半径变化的幂函数公式,这些幂函数拟合公式能够很好地与数值计算结果吻合。利用这些公式能够十分方便地对LED圆形阵列光斑的照度峰值特性进行解析研究,为了研究LED圆形阵列光斑的照度峰值特性建立了一种新方法,弥补了数值计算方法和仿真软件不能对LED圆形阵列光斑的照度峰值特性进行解析研究的缺陷。

基于均匀圆形阵列的方位角与仰角二维估计

建立了二维DOA估计圆形阵列的数学模型;构建了以MUSIC算法为核心的二维DOA估计测向仿真系统;仿真实验证明该测向仿真系统的有效性与准确性.

一种宽带圆形阵列天线的矩量法分析

利用矩量法对宽带圆形阵列天线的互耦特性进行分析。为了对较粗线天线进行精确分析,矩量法采用正弦差值基函数与点配法,并采用全域线天线积分核计算Pocklington方程,得到天线的广义散射矩阵,实现互耦分析。为了验证其计算结果,对所设计阵列天线进行了CST软件仿真和实验测试。仿真和测试结果表明:矩量法计算与CST仿真结果基本相同,实验测试结果在主波束方向、主波瓣宽度、副瓣电平等特性上与计算和仿真结果近似一致,说明此方法能够有效的对宽带阵列天线进行互耦分析。

空域滤波增益可调节的定向性均匀圆形阵列波达角估计

针对定向性均匀圆形阵列因单元天线的位置、主瓣指向及方向函数等因素造成信号来波落入天线旁瓣或零陷内,从而导致部分单元天线接收的信号信噪比低、信息失效的问题,首先研究了定向性均匀圆形阵列天线的方向性增益及功率波束角,随后进一步分析了连续激励在定向性均匀圆阵远场的幅频响应,最后提出了一种与波数无关的基于半功率波束宽度、增益可调节的空域滤波波达角估计模型。仿真实验结果表明,与其他模型相比该模型在低信噪比下具有估计精度高、参与天线少的优点。与传统的定向性波达角估计模型相比,当信噪比为-20 dB时,该模型的临近空间角度分辨力明显优于前者,并且随着可调节滤波增益至10 dB,其临近角度的峰值隔离度可达65 dB。

圆形阵列天线方向图的分布函数优化方法

以离散有限长复指数和的计算为基础,讨论了二维阵列的方向图问题。通过引入分布函数的概念,可知离散有限长复指数和为其分布函数离散傅里叶变换在1点的值。基于此结论,分析了二维阵天线阵元分布于天线方向图之间的关系:二维阵列任意方向的方向图为其在该方向分布函数的离散傅里叶变换,该分布函数可通过统计其投影在该方向的临近区域处阵元数目获得。然后,通过对混合圆形阵列天线方向图的分析,验证了该关系的正确性,并说明了上述关系在分析阵列方向图的应用。在此基础上,进一步分析了阵元权重系数对方向的影响,发现该方法与通过改变阵列天线阵元分布的方法等效。最后,提出了基于分布函数的圆形阵列方向图优化方法,并通过仿真实验验证了该方法的可行性。该方法可通过改变圆形阵列阵元沿径向的权重系数使得其对应的任意方向的方向图与期望的窗函数近似。