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多频多模相控阵天线的研究与设计

多频多模相控阵天线的研究与设计

作者：李东松东南大学

学位级别：硕士

在卫星通信系统中,共口径天线能够同时将不同模式、极化、频率、带宽等多种功能集成到一起,有效利用空间尺寸,实现较高的空间利用率,因而受到业界广泛青睐。相控阵天线具有快速扫描波束和变换波束的能力,共口径相控阵天线正是一个重要... 详细信息

在卫星通信系统中,共口径天线能够同时将不同模式、极化、频率、带宽等多种功能集成到一起,有效利用空间尺寸,实现较高的空间利用率,因而受到业界广泛青睐。相控阵天线具有快速扫描波束和变换波束的能力,共口径相控阵天线正是一个重要的研究方向。通过将不同工作模式下的天线集成在共用一个口径的平面阵列天线上,可以在诸如通信、导航、报文服务、抗干扰等多个模式下工作。本文设计了一款用于卫星通信的多频多模共口径相控阵天线阵列,此款天线阵列具有高增益、宽角度、集成度高和多模式的优异特性,具有很好的理论和应用价值。所设计的多频多模共口径相控阵天线阵列包含三种天线,分别为:S频段高隔离宽带耦合馈电叠层微带天线阵列,工作频率为1.98-2.3GHz,覆盖TT卫星和TL卫星的收发频段,工作模式为多收多发的通信天线;北斗S频段交叉偶极子天线阵列,工作频段为2.483-2.499GHz,工作模式为调零抗干扰天线;北斗B2b/L双频段叠层微带天线,工作频段分别为1.197-1.217GHz和1.610-1.626GHz,工作模式为单收单发的北斗导航天线。首先,本论文设计了工作于S频段的耦合馈电叠层微带天线。天线采用双层贴片和缝隙耦合馈电的方式拓展带宽,底层介质板四周被金属包边,从而抑制表面波,提升增益。在该款天线的基础上,通过正交布局天线双极化端口的馈电结构,可以显著提升端口隔离度。改进后的S频段高隔离宽带耦合馈电叠层微带天线,反射系数小于-10d B,隔离度大于32d B,增益高于2d B。基于此天线单元,采用顺序旋转馈电技术设计并实现了四单元阵列,反射系数小于-9d B,隔离度大于14d B,增益高于5.4d B,轴比小于0.01d B。在四单元阵列的基础上,设计了二十四单元S频段相控阵天线,可实现宽达±60°的波束扫描。随后,本论文设计了北斗S频段交叉偶极子天线。为实现这一设计目标,本论文先后设计了三款偶极子天线,分别为:分立式交叉偶极子天线、单馈式偶极子天线以及巴伦馈电的交叉偶极子天线,并确定巴伦馈电的交叉偶极子天线作为最终设计方案。在此基础上,设计了四单元阵列,其反射系数小于-24d B,隔离度大于15d B,增益高于11.57d B,轴比小于0.4d B,可实现±30°的波束扫描。最后,本论文设计了北斗B2b/L双频段叠层微带天线。此天线单元采用双馈叠层结构实现双频双圆极化,并加载月牙形金属结构件将上下两层贴片的馈点电性隔离。仿真结果显示,此款天线的反射系数小于-10d B,L频段天线增益高于8d B,轴比小于0.5d B,B2b频段天线增益高于3.6d B,轴比小于3.3d B。在上述基础上,将三模天线单元两两仿真,进行互耦分析,并优化结构、调整布局。针对改进后的多频多模相控阵天线,制作天线实物与结构件,将天线与射频组件联合测试。测试结果表明,所提出的S频段相控阵天线反射系数小于-9d B,法向增益高于13.2d B,俯仰角为60°时增益高于8.7d B,70°方向上增益高于6.7d B,轴比小于3d B,法向有效各向同性辐射功率(Effective Isotropic Radiated Power,EIRP)大于57d Bm,俯仰角为60°时EIRP大于52.5d Bm,70°方向上EIRP大于50d Bm,法向增益噪声温度比(Gain to Noise Temperature Ratio,G/T值)大于-14.3d B/K,俯仰角为60°时G/T值大于-18.8d B/K,70°方向上G/T值大于-20.4d B/K;北斗四单元交叉偶极子相控阵天线反射系数小于-13d B,法向G/T值大于-21.5d B/K,无干扰时系统接收灵敏度为-129d Bm;北斗B2b/L双频段叠层微带天线B2b频段反射系数小于-13d B,L频段反射系数小于-23d B,法向G/T值大于-30.9d B/K,法向EIRP大于48.4d Bm。

关键词：相控阵天线共口径天线多频多模圆极化微带天线

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基于数字中频方案的多频多模接收模块

基于数字中频方案的多频多模接收模块

作者：刘寅春东南大学

学位级别：硕士

目前被国际电联接受的第三代移动通信无线接口标准有美国的CDMA2000标准、欧洲的WCDMA标准和中国提出的TD-SCDMA标准。在3G网络运营的初期,可以兼容三种系统的多模终端将给用户和运营商带来极大的实惠。本论文主要研究可兼容接收三种标... 详细信息

目前被国际电联接受的第三代移动通信无线接口标准有美国的CDMA2000标准、欧洲的WCDMA标准和中国提出的TD-SCDMA标准。在3G网络运营的初期,可以兼容三种系统的多模终端将给用户和运营商带来极大的实惠。本论文主要研究可兼容接收三种标准信号的多频多模接收模块,采用了数字中频的实现方案。本课题作为国家“863” 计划“宽带多频多模射频技术”项目(2002AA123042)的一部分,完成了从天线入口端到基带单元之间全部的接收链路的设计、仿真和硬件实现。本文首先讨论了多频多模接收模块的实现方案,对比了几种方案,论证了数字中频方案的可行性。接着介绍了数字中频技术的两大理论基础:带通采样原理和多速率数字信号处理技术。根据3GPP和3GPP2中相关的标准,设计了整个接收模块系统并规划了各主要参数,并用ADS和Matlab软件进行了仿真。然后,将接收模块分成射频前端和数字中频两个部分,详细叙述了硬件实现和相关的软件编程,包括射频前端的模式切换、LNA和MIXER、PLL、中频SAW滤波器、中频放大器和AGC、低通滤波器、ADC以及驱动电路、采样数据锁存和数字下变频(DDC)等多个模块,给出了关键单元电路的原理图和板图。最后对研制的多频多模数字中频接收模块进行了测试,得到了噪声系数、EVM等指标,测试结果表明接收模块达到了预定的设计要求。

关键词：多频多模 CDMA 数字中频带通采样多速率数字信号处理数字下变频

GNSS多频多模反射信号特性及其在水面高度反演研究

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GNSS多频多模反射信号特性及其在水面高度反演研究

作者：王昭然山东建筑大学

学位级别：硕士

水位作为反映水情最为直观的因素,对研究水循环、水域生态变化以及保障水系周边居民生命财产安全具有重要意义。传统水位监测通过验潮站或水文站中设置的水位计进行水位测量,但其测量结果是由地壳形变与水位变化所共同影响的相对结果,... 详细信息

水位作为反映水情最为直观的因素,对研究水循环、水域生态变化以及保障水系周边居民生命财产安全具有重要意义。传统水位监测通过验潮站或水文站中设置的水位计进行水位测量,但其测量结果是由地壳形变与水位变化所共同影响的相对结果,且受区域影响较大。随着全球随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的迅速发展,基于GNSS反射信号的GNSS-R(GNSS-Reflection)技术也为水面高度测量提供了新思路和新方法,尤其是现阶段国内如三峡等大型工程,在库岸高危边坡及坝体上建立了数量众多的以GNSS为主的自动化变形监测系统,能够为GNSS-R技术在水面测高中的应用提供了大量长期稳定且高时空分辨率的数据,不仅拓展了GNSS数据的应用范围,同时使水位测量的成本大大降低,更为GNSS-R水面反演在理论研究与实际应用中奠定丰富的数据源。本文在详细阐述GNSS-R水位反演基本原理的基础上,重点从测区GNSS-R最优测站布设以及反射信号精细化提取两个角度,开展进行多频多模联合反演水面高度理论方法与实验验证研究,论文的主要研究内容与成果包括:(1)在研究GNSS反射信号水面高度反演的理论基础上,给出GNSS-R技术水面测高的整体流程,并重点给出多频多模信号下信噪比数据表现以及基于信噪比的反射信号提取方法及其在应用中的优缺点概述。(2)为最大化提高GNSS-R测站反演数据的时空分辨率,以有效反射区、卫星高度角阈值等参数定义反演事件,并基于卫星运行特征以及测站所处地理位置给出一种GNSS-R测站时空布设优化策略。通过仿真北半球中低纬度站点进行分析并开展实验验证,结果表明该策略能够有效给出测区内GNSS-R最优点位与最优观测时段,以期在更多地理位置的水域进行应用。(3)为提升反演结果的利用率及精度,利用经验模态分解法在信号分解与重构中自适应性的特点对反射信号进行精细化提取,进一步优化GNSS-R技术流程。通过选取海面进行实验验证,即使对于起伏较大的水面,优化方法所得反演结果明显优于经典方法,并在保证反演精度有所提高的同时,其反演数据的利用率也大幅提高。(4)通过选择典型水域实测数据进一步验证本文所提出的GNSS-R测站布设策略及反射信号提取优化方法。尤其是采用GPS、BDS、Galileo三个系统共9个频段的观测数据,给出多频多模模式下的单频反演结果与多频联合反演结果,结果表明,经反射信号精细化提取及多频多模联合反演后,最终结果的精度与时间分辨率均优于单频单系统结果,对GNSS-R的实际应用具有重要参考意义。

关键词： GNSS-R 多频多模水面高 SNR EMD 联合反演

TD-LTE/TD-SCDMA多频多模终端射频一致性测试系统研究与开发

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TD-LTE/TD-SCDMA多频多模终端射频一致性测试系统研究与开发

作者：张运中北京邮电大学

学位级别：硕士

TD-SCDMA是首个由我国主导并得到世界认可的通信标准,随着TD-SCDMA网络的不断发展完善,向TD-LTE演进的速度越来越快。目前TD-LTE已经处于大规模技术性实验即将结束,预商用即将开始的阶段。未来能同时兼容TD-LTE和TD-SCDMA的多模多频终... 详细信息

TD-SCDMA是首个由我国主导并得到世界认可的通信标准,随着TD-SCDMA网络的不断发展完善,向TD-LTE演进的速度越来越快。目前TD-LTE已经处于大规模技术性实验即将结束,预商用即将开始的阶段。未来能同时兼容TD-LTE和TD-SCDMA的多模多频终端将会越来越多,那么对多模多频终端的射频一致性测试需求也将越来越大。多频多模终端射频一致性测试是多频多模终端入网测试和国际认证的重要组成部分,是终端市场准入的基本条件之一。目前国内外还没有一套可以同时满足TD-LTE和TD-SCDMA终端射频一致性测试的系统,所以本文旨在研究和开发一套具有自主知识产权的TD-LTE/TD-SCDMA多频多模终端射频一致性测试系统,推进多频多模终端的发展。本课题以3GPP相关测试标准研究为切入点,对TD-LTE和TD-SCDMA射频一致性测试的测试原理和方法进行了深入研究,提出了一套可行的多模多频终端射频一致性测试方案,包括测试环境硬件设计和自动化测试软件设计两个主要部分。硬件设计仍然依照传统终端自动化测试体系结构,通过分析和对比选用了一种最可行的多频多模射频接口箱设计方案,重点阐述了多频多模射频接口箱的设计原理和思路,并详细论述了射频接口箱三个单元部分的结构和功能,同时还对微波器件的性能及选型做了简单介绍。测试软件设计以需求分析为基础,引入了包含仪表抽象层的四层软件纵向结构以及横向四个功能模块。重点详细阐述了测试软件仪表控制模块、用户操作界面模块、测试模块和数据处理模块四个功能模块的设计原理和实现方法。通过测试用例软硬件联合调试举例,验证了测试系统的自动化测试性能。最后本课题对研究与开发情况进行了总结,并对下一步工作计划提出了展望。

关键词： TD-LTE TD-SCDMA 多频多模射频一致性测试

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多频多模导航卫星系统的组合研究

全球定位系统 2006年第5期31卷 16-20页

作者：姚宜斌谢鸣宇牛文周武汉大学测绘学院湖北武汉430079 东方地球物理公司装备事业部新疆库尔勒841001

随着中欧伽利略计划的实施,多频多模导航卫星系统的综合应用是未来卫星导航系统的发展方向。在对GPS、GLONASS和GALILEO三个系统各自的特点及其未来发展进行分析的基础上,从其信号频率,卫星可见性,可见稳定性,覆盖范围及数据处理结果等... 详细信息

随着中欧伽利略计划的实施,多频多模导航卫星系统的综合应用是未来卫星导航系统的发展方向。在对GPS、GLONASS和GALILEO三个系统各自的特点及其未来发展进行分析的基础上,从其信号频率,卫星可见性,可见稳定性,覆盖范围及数据处理结果等层面研究了三个卫星导航系统的最佳组合方式,并讨论了多系统组合的初步数据处理方法。

关键词：多频多模系统组合数据处理

TD-LTE/TD-SCDMA多频多模终端射频一致性测试方案研究

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现代电信科技 2013年第10期43卷 7-11页

作者：张运中王海燕于剑飞石美宪北京邮电大学信息与通信工程学院工业和信息化部电信研究院通信标准研究所

本文根据3GPP TS36.521-1和TS 34.122标准,提出了一套支持TD-LTE和TD-SCDMA多频多模终端射频一致性测试方案。重点阐述了本方案中关于终端发射机、接收机的测试方法,并且分析了仪表和器件选型的原则,提出了一种适用于TD-LTE/TD-SCDMA多... 详细信息

本文根据3GPP TS36.521-1和TS 34.122标准,提出了一套支持TD-LTE和TD-SCDMA多频多模终端射频一致性测试方案。重点阐述了本方案中关于终端发射机、接收机的测试方法,并且分析了仪表和器件选型的原则,提出了一种适用于TD-LTE/TD-SCDMA多频多模终端射频一致性测试系统的射频接口箱的设计原理。

关键词：射频一致性测试 TD-LTE TD-SCDMA 多频多模

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RTKLIB多频多模差分算法定位精度分析

国外电子测量技术 2020年第12期39卷 49-53页

作者：杨双泽姚金杰孙兴丽任雅君中北大学信息探测与处理山西省重点实验室太原030051

在开阔的楼顶使用华测B380OEM板与NovAtel PwrPak7接收机采集大约连续11 h的北斗与GPS卫星的星历数据及原始数据,将连续的卫星原始数据经RTKLIB差分算法计算出定位结果,分别对计算出的北斗B1单系统单频点定位、北斗B1+B3单系统双频点定... 详细信息

在开阔的楼顶使用华测B380OEM板与NovAtel PwrPak7接收机采集大约连续11 h的北斗与GPS卫星的星历数据及原始数据,将连续的卫星原始数据经RTKLIB差分算法计算出定位结果,分别对计算出的北斗B1单系统单频点定位、北斗B1+B3单系统双频点定位、北斗+GPS双系统单频点定位、北斗+GPS双系统双频点定位结果进行精度与稳定性分析。结果表明在连续时间内的北斗B1单系统单频点定位精度为2~3 cm,北斗+GPS双系统单频点定位精度3~4 cm,北斗B1+B3双频点定位精度4~5 mm,北斗+GPS双频点定位精度为3~4 mm。单频点定位稳定性低于双频点定位。

关键词：多频多模 RTKLIB 差分定位精度分析

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基于数字中频的多频多模系统的实现

基于数字中频的多频多模系统的实现

W-CDMA/cdma2000/GSM三频/三模移动台射频模块的研究

2005'全国微波毫米波会议

作者：陈明周健义赵嘉宁东南大学无线电工程系毫米波国家重点实验室

本文主要讨论了基于数字中频的多频多模系统的实现方案,给出了符合cdma2000/WCDMA/TD-SCDMA三种标准的三频三模设计实例,重点叙述了数字中频接收的原理和结构。

关键词：多频多模数字中频直调带通采样

来源： cnki会议评论

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通信学报 2003年第10期24卷 71-78页

作者：赵嘉宁朱晓维洪伟周健义刘进陈建宏东南大学无线电工程系毫米波国家重点实验室江苏南京210096 南京东大宽带通信技术有限公司江苏南京210008

针对移动通信领域出现的多种模式和多个频段共同存在和使用的形势,提出了合理的W-CDMA/cdma2000/GSM三频/三模的移动台射频模块的设计解决方案,并在6层PCB板上研制了该三频/三模射频模块,其结构简洁,体积小,性能优良。在测试中严格按照3... 详细信息

针对移动通信领域出现的多种模式和多个频段共同存在和使用的形势,提出了合理的W-CDMA/cdma2000/GSM三频/三模的移动台射频模块的设计解决方案,并在6层PCB板上研制了该三频/三模射频模块,其结构简洁,体积小,性能优良。在测试中严格按照3GPP和3GPP2的技术标准进行射频模块的各项指标测试,所测的各项指标均达到了3GPP和3GPP2的相关技术标准。

关键词：电磁场与微波技术多频多模 W-CDMA cdma2000 GSM 射频移动台