頻差對(duì)方向圖綜合的影響及解決方法

摘 要：為解決各調(diào)頻發(fā)射機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)載波頻差對(duì)天線陣列方向圖綜合的影響，這里利用了DFT 最大值譜線及與其相鄰兩根譜線系數(shù)的實(shí)部（或虛部）進(jìn)行插值得到各個(gè)發(fā)射機(jī)載波頻率的估算值，然后提出了一種有效的補(bǔ)償方法，以減少頻差引起的瞬時(shí)相位差對(duì)方向圖綜合的影響。仿真實(shí)驗(yàn)表明：此方法頻率估算精度較高，采用該方法可以有效的解決頻差對(duì)天線陣列方向圖綜合的影響。

　　0 引言

　　在通信條件惡化，環(huán)境、地形等不利于通信時(shí)，可以考慮利用智能天線技術(shù)將多部發(fā)射機(jī)組成一個(gè)天線陣列并機(jī)工作，與單部發(fā)射機(jī)相比，發(fā)射功率更大，方向性更強(qiáng)，更加有利于通信。現(xiàn)研究對(duì)發(fā)射機(jī)載波頻差對(duì)天線方向圖的影響進(jìn)行了仿真分析，而后利用DFT 最大值譜線及與其相鄰兩根譜線系數(shù)的實(shí)部（或虛部）進(jìn)行插值得到頻率估計(jì)值，然后采用數(shù)字振蕩器進(jìn)行頻偏校正，并且通過(guò)MATLAB/ SIMULINK仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種方法是可行的，取得了較好的效果。

　　1 實(shí)驗(yàn)原理

　　1.1 系統(tǒng)框圖

　　這里實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是利用智能天線技術(shù)將多部調(diào)頻發(fā)射機(jī)組合成一個(gè)均勻直線陣列，以期在通信條件惡化時(shí)保證通信正常進(jìn)行。但是在發(fā)射機(jī)開(kāi)機(jī)之后，各發(fā)射機(jī)載波頻率會(huì)有所不同，這樣會(huì)對(duì)合成后的天線方向圖產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，進(jìn)而影響通信能力的增強(qiáng)。為此，提出了首先對(duì)各個(gè)載頻進(jìn)行精確估計(jì)，然后利用數(shù)字振蕩器對(duì)頻率進(jìn)行校正，使各發(fā)射機(jī)調(diào)頻輸出信號(hào)載頻相同，以獲得較好的方向圖。仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖如圖1 所示。

圖1 簡(jiǎn)單仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

　　該實(shí)驗(yàn)需用5 部調(diào)頻發(fā)射機(jī)組成一個(gè)均勻直線陣列，以第一部發(fā)射機(jī)的調(diào)頻輸出信號(hào)的載頻為參考，利用離散傅里葉變換（DFT，Discrete Fourier Transform），最大值譜線及與其相鄰兩根譜線系數(shù)的實(shí)部（或虛部）進(jìn)行插值得到頻率估計(jì)值，然后進(jìn)行頻率校正直至各調(diào)頻輸出信號(hào)載頻基本相同。其中，參考信號(hào)的獲取是通過(guò)在天線底端加一個(gè)耦合器及其匹配電路，然后將信號(hào)引入頻率估計(jì)端口進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算。

　　1.2 直線陣模型

　　該研究將各發(fā)射機(jī)天線組成一均勻直線陣列，這是一種最簡(jiǎn)單的陣列結(jié)構(gòu)，所有陣元等間距排列在一條直線上。假設(shè)陣元的位置位于（xm, ym ），m =1,2,……,N ,以原點(diǎn)為參考點(diǎn)，α表示方位角（入射信號(hào)與y 軸的夾角，也就是與陣列法線的夾角），如圖2 所示。圖2 中d 為陣元間距（一般為入射信號(hào)波長(zhǎng)的一半），以最左邊的陣元為參考點(diǎn)，α 為入射到陣列上的平面波的方位角。

圖2 均勻直線陣示意