阵列天线互耦补偿方法研究及工程应用

摘要

在自适应天线阵列的研究中，DOA估计、自适应波束形成等算法都依赖于精确获取目标信号。然而，随着阵列的小型化、宽带化的发展，阵列单元间距越来越小，单元间互耦效应越来越严重，致使阵列接收信号严重偏离理想情况，引起算法性能急剧下降甚至算法失效。所以，研究阵列互耦补偿方法，抑制阵列单元间互耦效应给阵列信号处理带来的负面影响，对提高系统算法性能具有重要的意义。
　　论文深入研究了现有的互耦补偿方法，分析了现有互耦补偿方法的优点和不足，提出了利用单元方向图重建对阵列信号进行互耦补偿的新方法。该方法基于严格的电磁分析，分析了阵列天线单元在互耦状态和孤立状态下方向图间的关系，采用最小二乘法求解互耦补偿矩阵。
　　论文通过详细的理论推导介绍了单元方向图重建法的数学原理。分别以均匀直线阵列、微带均匀圆阵作为仿真实例，验证新方法对不同阵列类型阵列的方向图重建效果。仿真结果表明，新方法对各种阵列类型的方向图都具有良好的重建效果。论文还验证了新方法在DOA估计中的应用性能，采用方向图重建法对仿真接收数据进行互耦补偿后DOA估计更精确。同时，验证了与其他互耦补偿方法相比，论文提出的方法适用范围更广、精确度更高。
　　最终，为验证新方法的工程应用效果，本文设计了一套智能天线验证系统平台，它包括五元紧耦合微带直线天线阵列、五路射频接收通道模块以及高性能数字信号处理模块。首先，在微波暗室中测量得到天线阵列各个单元的孤立方向图和阵中方向图，通过数值提取、计算得到互耦补偿矩阵。利用该互耦补偿矩阵对天线阵列实际接收信号进行校准，对比补偿前后DOA估计效果。结果表明，利用新方法进行互耦补偿后的DOA估计结果精度更加高，输出的空间谱更加尖锐。由此验证新方法在实际工程应用中具有良好的补偿性能。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外发展现状

1.3研究内容及各章节安排

第二章 阵列的互耦效应

2.1阵列基本理论

2.2互耦效应建模

2.3本章小结

第三章 一种新的互耦补偿方法——单元方向图重建法

3.1天线的方向图

3.2单元方向图重建法

3.3本章小结

第四章 新方法在DOA估计算法中的应用

4.1经典DOA估计算法

4.2 DOA估计中的互耦补偿分析

4.3本章小结

第五章 新方法在智能天线系统中的应用

5.1智能天线技术

5.2智能天线系统测试

5.3本章小结

总结与展望

6.1研究结论

6.2研究展望

参考文献

致谢

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