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1、第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 713一种运用于 Ka 频段卫星通信系统 的小型化 SIW 结构 丛志鹏1，盖政祥2，谭 欢2，王建功2(1.解放军理工大学通信工程学院卫星系，江苏 南京 210007，email:；2.解放军理工大学通信工程学院研究生 2 队）摘 要：卫星通信是现代通信中一个重要组成部分，并且有着非常重要的军事应用价值。随着业务需求的增加，卫星通信系统正向更高频段（Ka 频段）发展。本文所提出的新型传输线小型化基片集成波导（SIW）比传统 SIW 减小了一半尺寸，却可以达到接近的传输效果，具有很好的实际应用价值，解决了Ka 频段卫星通信系统对微波器件的要求。关键词：K
2、a 频段；卫星通信系统；小型化；基片集成波导 A Miniature SIW structure Used in Ka-band Satellite Communication System CONG Zhi-peng1，G AI Zheng-xiang2,T AN Huan2,W ANG Jian-gong2(1.Department of Satellite Communication ICE,PLAUST，Nanjing 210007,China,email:;2.Postgraduate Team 2 ICE,PLAUST)Abstract:Satellite communicatio
3、n system is an important part of advanced communication system,and it is very important to be used for martial application.The satellite communication must expand to more high frequency range(Ka-band)since the increase of operation requirement.A new transmissionminiature substrate integrated wavegui
4、de(SIW)structure proposed in this paper,this new structure can keep the propagation characteristics with half size of conventional SIW structure.This new structure solve the requirement of microwave components in Ka-band satellite communication system which have much practical value.Key words:Ka-ban
5、d;satellite communication system;miniature;substrate integrated waveguide 引言 随着信息产业的飞速发展，面对其它通信手段尤其是光纤通信的竞争，卫星通信的作用不仅没有被削弱，反而起到越来越重要的作用。在军事应用上，由于卫星通信能够为分布范围广阔的各种移动和固定用户提供抗干扰通信，越来越被各国所重视。但是，目前工作在 UHF 和 C 频段的卫星通信系统越来越不能满足军事运用对系统容量、抗干扰能力的要求，尤其是不能解决向车、船、飞机以及单兵提供抗干扰通信。向更高的频段发展是军事卫星通信（MILSATCOM）发展的总趋势。1 与
6、较低频率的C频段和Ku频段相比，Ka频段的卫星通信具有三个明显优势，即频谱可用率高、潜在干扰小和设备体积小。但是，Ka频段卫星通信也存在一些亟需解决的问题，其中一个比较重要的问题就是对器件和工艺的要求较高。2而本文就是采用一种新型传输线小型化基片集成波导（SIW）来解决这个问题。基片集成波导是近年来微波电路领域的一个研究热点，它具有传统矩形波导相近的传输特性，但比传第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 714统波导更为紧凑，体积小、重量轻、容易加工制作，解决了传统波导难以集成等问题。因此，基片集成波导完全可以解决Ka频段的传输线问题。1 基于 Ka 频段 SIW 的研究 1.1 SIW 的基
7、本原理 基片集成波导（SIW）的平面图如图 1(a)所示，a 是通孔沿 x 方向的间距，s 是沿 y 方向的间距，周期长度为 d。图 1(b)是其横截面示意图，b 为介质板的厚度。SIW 的基本原理是利用微波板的上下金属板和两排间隔一定距离的金属通孔构成波导的金属壁，由于每排金属通孔孔间距远小于波长，因此由缝隙泄漏的能量很小，这相当于内部填充了介质的矩形波导，所以它的电场结构与传统矩形波导中主模相似，只是通孔的存在会对磁场产生细微的影响。（a)平面图（b）截面图zxasdXYba 图 1 基片集成波导的结构示意图 Wu3等给出了实用的 SIW 的经验设计公式，其中0.2S时能量基本上不会泄漏，
8、并且/0.5S d。通孔的直径也是有所限制的，因为孔直径太大，反射比较严重同样不能很好的传输，通常也要小于0.2，但是要比孔间距大。因为 SIW 的电场结构与传统矩形波导的主模相似，其传输截止频率也可以用下面的公式计算：221.02.0cmnmnfab=+（1）对于10TE模公式（1）可以简化为：101.02.0cfa=（2）1.2 运用于Ka 频段的SIW实例 我国所用的 Ka 频段（一般指 18GHz40GHz）卫星通信，所以我们把截止频率设为 18GHz，相对介电常数定为 11.9，则根据公式（2），可得 a 为 2.42mm。其实公式（1）中还需要一些修正公式，但是太复杂，我们只是通过
9、公式求得一个大概的值再进行微调，并且为了在 20GHz 时就能达到比较好的传输效果，我们把 a 定为 2.8mm，并根据前面的设计要求得出具体的设计尺寸如表格 1：表 1 基于 ka 频段 SIW 的设计尺寸 a b s d r 2.8mm 0.5mm 0.1mm 0.3mm 11.9 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 7151.3 实验结果与结论 使用 HFSS 软件进行仿真，传播周期是 30 个周期，并且仿真时忽略金属厚度，把金属看作良导体。S参数仿真结果如下图：152025303540-70-60-50-40-30-20-100 图 2 运用于 Ka 频段 SIW 的 S 参数仿真
10、结果 通过图 2 的观察，实线所表示的是 SIW 的 S21参数，在 20GHz40GHz 范围内几乎接近 0；虚线表示的是 SIW 的 S11参数，在 20GHz40GHz 范围内小于-25dB。通过实验发现，这种基片集成波导在 Ka 频段传输效果很好，并且尺寸很小，能够满足卫星通信系统的器件要求。2 小2 小型化SIW的研究与实验 2.2 小型化 SIW 的理论研究 SIW 最大的研究价值就是它具有传统矩形波导的传输特性又大大减小了尺寸，易于集成。SIW 中传播的主模（TE10）也与波导的 TE10相近，场分布（Ey）是关于 x 方向完全对称的，并且主模的能量主要集中在对称轴线附近，沿中轴
11、线为一等效磁壁，所以在电磁场仿真中可利用此特点，减半分析，提高分析效率。同理，在应用中沿中轴线切开后，如果侧壁人为形成一等效的磁壁，则其场型与原场型保持一致。根据电磁场原理，当两种媒质的介电常数差异较大时，其分界面可等效为磁壁。所以若将 SIW 对称地切开两半，如图 2 所示，在切开的截面处里侧是介电常数为r的介质板，外侧为空气，近似形成一个磁壁。这就是本文所提出的小型化 SIW，其充分利用这种等效磁壁使得原有的 SIW 尺寸减小一半，重量减小一半。a/2电壁磁壁（a）平面图（b)截面图a/2sdXYZXbr空气空气 图 3 小型化 SIW 的结构示意图 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集
12、 716图 3 就是小型化 SIW 的结构示意图，图（b）中右侧阴影部分就是磁壁的示意。图中 SIW 的宽度用 a/2来表示，因为这种小型化 SIW 与原来相对应的传输模式变化不是很大，所以在计算截止频率以及设计参数时仍用 a 来计算，而不是 a/2。2.3 运用于 Ka 频段小型化 SIW 的仿真实验与结论 为了方便比较，我们在研究小型化 SIW 的时候，完全采用表格（一）中的数据，并且采用与前面完全相同的仿真环境。为了比较小型化 SIW 与原始 SIW 的传输效果，我们在各种条件相同的情况下将两者的仿真结果进行了比较，如图 4。152025303540-70-60-50-40-30-20-
13、100 图 4 运用于 Ka 频段 SIW 以及小型化 SIW 的 S 参数仿真结果 图 4 中，实线是小型化的 SIW 的 S 参数，虚线则代表了原始 SIW 的 S 参数。从图中可以看到，在 20GHz40GHz 的范围内，小型化 SIW 和原始 SIW 的 S21能够比较好的吻合，几乎接近 0；S11参数有一些差异，小型化 SIW 比原始反射参数平均大 3dB 左右，但是都小于-20dB。从 S 参数可以看出小型化 SIW 比原始的反射参数稍微差点，插损差不多，但是尺寸减小了一半，具有比较高的研究价值。3 结论 本文在 SIW 的基础上提出了利用磁壁实现的一种小型化 SIW 结构。通过实
14、验仿真，这种小型化 SIW与普通的 SIW 传输特性差别不是很大，不仅能够满足工程应用要求，而且尺寸减小了一半。随着卫星通信的不断发展以及世界各国对卫星军事应用的重视，各国都在发展下一代基于 Ka 频段的军事卫星系统。而Ka 频段的军事卫星系统一个比较大的难题就是对器件的要求，本文所研究的小型化 SIW 能够比较好解决这个问题，而且尺寸非常小，便于集成运用于星上系统。参 考 文 献 1 刘爱军,发展 Ka 频段 MILSATCOM 系统的探讨,空间电子技术，1998，(3):1619 2 王爱华，罗伟雄，Ka 频段卫星通信信道建模及系统性能仿真，通信学报，2001，22(9):6169 3 D
15、ominic Deslandes,Ke Wu,Single-Substrate Integration Technique of Planar Circuits and Waveguide Filters,IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2003,51(2):593596 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 717有源频率选择表面的反射特性分析 寇松江1，徐金平2(东南大学毫米波国家重点实验室；江苏 南京；210096)摘 要:本文使用 CST 仿真分析软件，采用电抗加载的方法研究了有源频率选择表面的反射特性，分析了
16、工作于 X 频段的方环缝隙型、四腿环缝型、Y 形环缝型三种透波型 FSS 结构，给出了其谐振特性与所加载电抗的变化关系。有源 FSS 中的有源器件可等效为某种形式的电抗，通过电抗加载的分析，可为有源FSS 的分析与设计提供理论依据。关键词:有源频率选择表面；电抗加载；反射系数 Analysis of Reflection Characteristics of Active Frequency Selective Surfaces Kou Songjiang1,Xu Jinping2(State Key Laboratory of Millimeter Waves,Southeast Unive
17、rsity；Nanjing China；210096)Abstract:The resonant performances of several active frequency selective surfaces(FSS)are analyzed using CST simulators.The FSS structures,which are based on square loaded slot,four-legged loaded slot and three-legged loaded slot resonators,are loaded by active components
18、which are represented by lumped reactive elements.Their relevant resonant performances with various loading are simulated in X band.The corresponding results can act as theoretical references in analysis and design of FSS.Key words:Active frequency selective surface,reactive loading,reflection coeff
19、icient 频率选择表面（FSS）是军事隐身技术的重要组成部分，在军事领域有着非常重要的作用。使用无源FSS 构成的装备,一旦成型，其工作带宽、谐振频率等电磁特性均无法改变，不能灵活地适应外部电磁环境的变化。使用有源FSS，就可以克服这些缺陷。有源FSS 是指在FSS 中加入PIN 管或变容二极管等有源器件构成的 FSS 结构，通过调节器件偏置电压或偏置电流，可改变 FSS 的谐振特性1。从等效电路角度看，有源器件可等效为电抗，而电抗加载可以改变 FSS 的谐振特性2 3，因此,通过对 FSS 进行电抗加载的分析,可以为有源 FSS 的分析提供依据 4。本文使用 CST 仿真分析软件，利用电
20、抗加载的方法分析有源 FSS。首先对文献中记载的算例进行了仿真分析，并与文献结果进行比对，证明了此种分析方法的可行性；然后分析了工作于 X 频段的方环缝隙型、四腿环缝型、Y 形环缝型三种有源 FSS 的谐振特性，给出了谐振特性与所加载电抗的变化关系,为有源 FSS的分析提供依据。1 仿真结果与文献的对比（圆环缝隙型有源 FSS 的分析）A.E.Martynyuk 等学者对圆环缝隙单元组成的 FSS 进行了电抗加载的分析5，圆环缝隙型 FSS 单元结构如图 1,该单元被印刷在厚 0.102mm 的介质板上，介质板的介电常数为r=2.4,圆环外径 r1=4.03mm,内径r2=3.5mm,阵列周期
21、 Dx=11.43mm,Dy=10.13mm,电抗加载位置如图 1 中所示，使用平面波激励，输入电场为 Ey方向。文献5指出了谐振特性随所加载电抗的变化规律：当使用电容加载时，谐振频率减小，当使用电感加载时，谐振频率增加，而使用小电阻加载时表现出全反射的特性，并且所加电容值越大，谐振频率第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 718越低，所加电感值越小，谐振频率越高。本文使用 CST 仿真软件对这款 FSS 进行了仿真分析，仿真结果与文献记载吻合，反射系数曲线如图 2 所示。图 1 圆环缝隙型 FSS 单元结构 图 2 仿真结果与文献的对比 2 方环缝隙型有源 FSS 的分析 方环缝隙型FSS
22、单元结构如图3,该单元被周期性印刷在厚0.1mm的介质板上，介质板介电常数r=2.4,Dx=Dy=10mm，l1=7.28mm，l2=6.28mm,电抗加载位置如图 3 中所示，使用平面波激励，入射电场 Ey方向。无加载时，FSS 谐振于 12GHz，谐振波长约为缝隙的周长。使用电容 C=0.05、0.10、0.15pF 加载时谐振频率降低，电容值越大，谐振频率越低；使用电感 L5nH、3nH 加载时，谐振频率增大，电感值越小，谐振频率越高；使用电阻 R=2加载时，FSS 呈现出全反射的特性。反射系数曲线如图 4 所示。图 3 方环缝隙型 FSS 单元结构 图 4 方环缝隙型 FSS 的反射系
23、数 3 四腿环缝型有源 FSS 的分析 四腿环缝型 FSS 单元结构如图 5,该单元被周期性印刷在厚 0.1mm 的介质板上，介质板r=2.4,Dx=Dy=10mm，l1=7.94mm，l2=6.94mm,l3=2mm,l4=1mm,电抗加载位置如图 5 中所示，使用平面波激励，入射电场为 Ey方向。分别使用电容 C=0.05、0.10、0.15pF,电阻 R=2，电感 L3nH、5nH 加载，反射系数曲线如图 6 所示。从图中可看出，无加载时，FSS 谐振于 11.56GHz。当使用电容加载时，谐振频率减小，当使用电感加载时，谐振频率增加，而使用小电阻加载时，FSS 表现出全反射的特性，并且
24、第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 719所加电容值越大，谐振频率越低，所加电感值越小，谐振频率越高,谐振频率与所加电抗的变化关系与方形缝隙型 FSS 相似。图 5 四腿环缝型 FSS 单元结构 图 6 四腿环缝型 FSS 的反射系数 4 Y 形环缝型有源 FSS 的分析 Y 形环缝型 FSS 单元结构如图 7 所示,该单元被印刷在厚 0.1 mm 的介质板上，介质板r=2.4,Dx=Dy=10mm,l1=3.97mm，l2=3.47mm,l3=2mm,l4=1mm,电抗加载位置如图 7 中所示，使用平面波激励，入射电场 Ey方向。反射系数曲线如图 8 所示。无加载时，FSS 谐振于 12
25、.072GHz，谐振波长约为缝隙的周长。分别使用电容 C=0.05、0.10、0.15pF,电阻 R=2，电感 L3nH、5nH 加载，从图 8 中可看出电抗的加载改变了 FSS 的谐振特性，谐振特性的变化与方形缝隙型 FSS 相似，但在相同电抗加载时，谐振频率的变化幅度稍小。图 7 Y 形环缝型 FSS 单元结构 图 8 Y 形环缝型 FSS 的反射系数 由以上分析结果可以看出，使用电抗加载时，方环缝隙型、四腿环缝型、Y 形环缝型 FSS 的谐振特性具有相同的变化趋势，这种谐振频率与所加载电抗的变化关系也适用于其它缝隙型 FSS。我们可以从等效电路的观点来解释这种变化关系,缝隙型 FSS 可
26、等效为并联电路,当使用电容加载时，相当于增加了电路的总电容,因而谐振频率减小;当使用电感加载时,相当于减小了电路的总电感,因而谐振频率增加；当使用小电阻加载时，入射端口被短路，呈现出全反射的特性。第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 7205 结论 本文使用电磁仿真软件，分析了电抗加载的方环缝隙型、四腿环缝型、Y 形环缝型三种透波型 FSS，分析结果表明：使用电抗加载可以有效地改变 FSS 的谐振特性。本文研究结果可为设计相关结构的电可调的有源 FSS 提供理论依据。参 考 文 献 1 M Philippakis,C Martel,D Kemp,etc.Application of FSS
27、structures to selectively control the propagation of signals into and out of buildings.U.K.:ERA Technolgy Limited,2004.2 C Mias.Frequency selective surfaces loaded with surface-mount reactive opponents.IEE Electron.Lett.,vol.39,no.9,May 2003:724-726 3 L EPP,C CHAN and R Mittra.The study of FSS surfa
28、ces with varying surface impedance and lumped elements.IEEE Int.Antennas Propagation Symp.Dig.,Vol.2,Jun.1989:1056-1059 4 TK Chang,RJ Langley and EA Parker.Active frequency-selective surfaces.IEE Proc.,Microw.,Antennas Propag.,Vol.143,no.1,Feb.1996:62-66 5 AE Martynyuk,JI Martinez Lopez and NA Marty
29、nyuk.IEE Electron.Lett.,vol.41,no.1,Jan.2003:2-4 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 721短距离超宽带广义信道的测量与性能分析 刘梦龙,陶杰,陈岩(南京邮电大学 无线通信与电磁兼容实验室;江苏 南京;210003)摘 要:在收发天线距离较近的情况下，对 3-5GHz 超宽带广义信道进行了频域测量，对所测数据进行了后期处理，得出其时域冲激响应，并且在基于多带 UWB 提案设计的仿真平台上进行了性能分析。实验表明，采用不同的收发天线对系统的性能有明显的影响，因此，本文提出的测试方法可以用于超宽带天线的性能评估与优选。关键词:超宽带 广义信道 信
30、道测量 正交频分复用 Measurement and Performance Analysis of Short Range UWB Generalized Channel from 3 to 5 GHz Liu Menglong,Tao Jie,Chen Yan (Laboratory of Wireless Communication and EMC,Nanjing University of Posts and Telecommunications;Nanjing Jiangsu;210003)Abstract:In this paper,frequency domain charact
31、eristic of short range UWB generalized channel from 3 to 5GHz was measured using vector network analyzer.Based on these results,impulse response of the generalized channel was achieved and used as the channel model in a multi-band-based OFDM simlator.From measured and simulated results,it is observe
32、d that the performance of UWB system is sensitive to the transimission and receive antenna pair.Thus the method proposed in this paper may be useful for the performance evaluation and the optimal choice of UWB antennas.Keywords:UWB,generalized channel,channel measurement,OFDM 作为 UWB 通信系统的重要部件，超宽带天线将
33、直接影响系统的传输性能，而在天线特性研究的基础上，进一步研究超宽带信道的传输特性，对超宽带通信的信号设计、优化以及系统性能评估，都是非常重要的。已有的研究工作表明，对超宽带天线与信道传输特性研究的重点是建立基于实际信道测量的统计模型，而建立统计模型的前提是在实际环境中得到实测信道的响应。已经有一些文献提到信道的测量方法123，用矢量网络分析仪对信道进行了测量，得出相应的时域响应，但是，他们都忽略了天线的性能对测量数据的影响。为了将超宽带天线的设计与信道传输特性结合起来、实现天线-系统一体化设计，本文提出了一种实验结合现成数据仿真平台的方法：首先通过实验测量一对收发天线在短距离室内传播环境中的传
34、输特性，然后将其数据作为收发仿真平台的广义信道响应，通过测试模拟数据收发平台的误码率，评估超宽带天线对系统性能的影响，从而为超宽带天线设计与超宽带信道特性的研究打下基础。1 广义信道的测量方法及数学原理“广义信道”就是指发射天线、传播空间与接收天线组成的广义滤波器，它的传输特性可以用校正后的矢量网络分析仪（Vector Network Analyzer,VNA）来测量，测量的基本原理与一般微波网络传输系数的测量原理是完全一样的。如图 1 所示，VNA 的 1 端口发送扫频信号（频率从 f1-f2），经发射天线后进入传播空间；接收天线安装在 VNA 的另一个端口 2，接收经过传播空间的信号，这样
35、，即可测量到两个端第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 722口之间的频率响应幅度和相位特性。图 1 频域测量系统 对实测的频率相应数据进行后期处理，即可得到实测信道的冲激响应。实际信道冲激响应为可以用下式表示：=Llllttr1)()(（1）式中的 L 表示多径数目，l表示第 l 个多径分量的振幅，l表示对应的时延，设这个脉冲响应对应的频响特性为 R(f)，则它们应该互为傅氏变换对。然而，由于测量仪器只能读取某一频段内的频率特性，因此，在矢量网络分析仪上读得的数据实质上是真实频响 R(f)加矩形窗后的特性，即：)()()(0fffrectfRfRVNA=（2）其中函数 rect()表示矩形
36、窗函数，f0表示中心频率，f 表示测量的频带宽度。根据傅氏变换的基本原理，需要采用实数通带傅氏反变换方法。数据处理过程如下：(1)加窗 每组实测频域数据的起点(3GHz)和终点处(5GHz)的数据较其他部分的数据有明显的跳变，根据数字信号处理的基本原理，如果直接对这样的数据进行傅立叶反变换，在时域冲激响应中会会出现过冲现象。因此通常在把频域数据转换为时域数据之前，需要进行加窗截断，可以采用的数据窗包括汉宁窗、汉明窗、Blackman 窗、三角窗和矩形窗等等。为了简单起见，本文采用矩形窗对数据进行截断处理。(2)傅立叶反变换 傅立叶变换实现将信道的频率响应转换为时域冲激响应，这里采用实数通带傅氏
37、反变换方法。如图 2 所示，假设用 VNA 测得的频谱是从 f1到 f2，先在 0 到 f1之间的频带上补 0，然后使-f2到 0 的频谱是 0 到 f2的共轭对称，由傅立叶反变换的基本理论可知，共轭对称频谱的傅立叶反变换结果天线距离 天线 1 天线 2 矢量网络分析仪IFFT ns*原测量频谱 补 0-2f-1f2f1f GHz 共轭对称频谱实信号 0 图 2 数据处理算法 第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 723将是实数序列。(3)设置门限 某些幅度较小的多径信号可能由测量系统的内部噪声产生，此外，幅度较小的多径信号对建立相应的多径模型贡献较小（其对平均附加时延、RMS 时延等信道特
38、征参数影响较小），因此通常通过设置门限从实测信道冲激响应中排除幅度较小的多径分量。由于频域测量数据门限的选取与具体数据处理无关，其取值相对简单，通常选择测量系统噪声之上 6dB 的绝对门限。图 3 和图 4、图 5 和图 6 分别为 LOS 和 NLOS 情况下收发天线（六边形单极子天线）相距 35cm 时测得的广义信道频谱响应及对应的时域冲激响应。图 3 广义信道的频谱特性（LOS）图 4 广义信道的冲激响应（LOS）图 5 广义信道的频谱特性（NLOS）图 6 广义信道的冲激响应（NLOS）2 UWB 仿真系统平台介绍 系统设计基于多带 UWB 联盟的提案5，即跳频的MB-UWB 系统。系
39、统通过使用有 QPSK 调制得 128 个载波来符合“500MHz 带宽”要求。合成的信号占用了一个 528MHz 宽的信道。这个方案利用 528MHz 信道，但是在一个时间、一次时频跳变行为时至少利用三个信道，这样，发射总功率需要在 1584MHz 允许范围内。在这个系统中利用跳频是为了让系统占用大的带宽以增加总的发射功率。系统支持的速率有 53.3Mbps、110Mbps、160Mbps、200Mbps、320Mbps 等，文中信道数据测试采信号源解码、解交织、解调 编码、交织、调制 OFDM 接收OFDM 发射跳频、滤波广义信道 跳频、滤波误码率比较图 7 UWB 仿真系统平台 第二十一
40、届南京地区研究生通信年会论文集 724用了 200Mbps，并且仅采用5中提到的前三个子带，即 3.168-4.752GHz。仿真平台采用等效低通信号，仿真系统结构如图 7 所示。在系统中，所采用的参数设置如表 1 所示。在系统中，经过跳频之后的信号进入信道，与信道冲激响应 h(t)进行卷积，从而得到输出信号，由于系统采用等效低通信号，所以信道数据不能是原来的实带通响应，必须对信道数据进行从带通到低通的变换。假设系统中心频率 f0，根据带通信号时域卷积与频谱响应相乘的对应关系可知，只要将信道带通响应在频域内向左平移 f0，即)()(0ffRfcVNA+=(3)3 信道性能测试 分别采用三种不同
41、形状的单极子天线，形状依次为钻石形、六边形和椭圆形，三种天线的驻波比如图8 所示。图 8 三种天线的驻波比 测试现场情况（图 9）：收发天线之间的间距为 35cm 左右，为了尽可能消除馈电电缆的辐射，已用尖劈状的微波吸收材料将馈电电缆完全包裹起来、仅仅露出天线；距离天线前方的 120cm 处的墙壁上放置有尺寸足够大的金属反射板，在距离仪器较远的地方还任意放置着其它家具和电器，房间的墙壁材料为普通混凝土，地板为普通瓷砖，非视距的情况采用了一块 40cm40cm 的金属板子作为两个天线之间的挡板、人为地消除了视距传播路径。可见，这是一个较典型的室内非开阔传播环境，因此具有一定的代表性，比理想自由空
42、间的情况更接近工程实际情况。图 9 测量现场情况 分别测出各自的幅度和相位，然后对数据进行处理，然后，利用上述数据处理方法，将频域响应数据转化成相应的脉冲冲激响应特性。再将得到的信道进行等效低通变换，结合 UWB 仿真系统平台进行性能评估。图 10 和图 11 分别为 LOS 和 NLOS 情况下三种单极子天线的误码率测试曲线。第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 725 从图 10 可以看出，在 LOS 的情况下，用三种天线测出的广义信道性能相差不多，而从图 11 可以看出，用三种天线测出的广义信道性能有很大差别。可以判定，在 35GHz 频段上，钻石形天线的性能要优于六边形天线，而六边形
43、天线的性能要优于椭圆形天线。图 10 三种天线情况下的误码率（LOS）图 11 三种天线情况下的误码率（NLOS）4 结论 同过实验结合数据收发仿真平台的方法，考察了多种不同结构单极子天线的传输性能，结果表明，在LOS 情况下，天线与传播环境组成的广义信道传输特性与天线的结构关系不大；而在 NLOS 的情况下，采用钻石形单极子天线则可能获得较低的 BER 和较好的传输性能。由此为超宽带天线的设计与选择提供了定量评估的方法，为进一步定量评估超宽带通信系统的性能、研究天线-系统一体化设计打下基础；而且这种方法消除了单纯实验方法对实际环境依赖较大、可重复性差的特点，无需进行成本高昂、操作复杂而且精度
44、难以保证的时域传输实验，因此这种方法还具有成本低廉、实现容易的特点。参 考 文 献 1 A M Street,L Lukama and D J Edwards.Use of VNAs for wideband propagation measurements.IEE Proc.Commun,2001,148(6):411-415.2 A Bayram,A M Attiya and A Safaai-Jazi,Frequency-Domain Measurement of Indoor UWB Propagation.Antennas and Propagation Society Intern
45、ational Symposium,2004.IEEE.1303 1306.3 D Tholl.A comparison of two radio propagation channel impulse response determination techniques.J.IEEE Trans.antennas and propagation,41(4),1993:515-517.4 B Denis,J Keignart.Post-Processing framework for enhanced UWB channel modeling from band-limited measurem
46、ent.C.Ultra Wideband Systems and Technologies,IEEE,2003:260-264.5 Anuj Batra et al.“MultiBand OFDM Physical Layer Proposal for IEEE 802.15.3a”,IEEE P802.15-03/268r3.Mar.2004.第二十一届南京地区研究生通信年会论文集 726一种强干扰环境下稳健的循环平稳波束形成算法 刘培祥1，魏安全2，党恒星3 （1解放军理工大学通信工程学院研究生 3 队；江苏 南京；210007；2解放军理工大学通信工程学院无线通信系；江苏 南京；2100
47、07；3解放军理工大学通信工程学院研究生 2 队；江苏 南京；210007）摘 要：针对 CAB、CCAB 算法在强干扰环境下性能急剧下降的弱点，本文提出了一种强干扰环境下稳健的循环平稳波束形成算法。该算法充分利用了干扰的循环平稳特性，对阵列相关矩阵的特征向量进行识别，准确的估计有用信号的方向向量，从而提高了波束形成在强干扰环境下对有用信号的选择能力和对干扰、噪声的抑制能力。仿真实验结果验证了该算法的有效性和稳健性。关键词：循环平稳；循环相关性；盲波束形成；特征向量识别 A robust cyclostationary DBF algorithm for environments of str
48、ong interference LIU Pei-xiang1，WEI An-quan2，DANG Heng-xing3（1.Postgraduate Team 3 ICE，PLAUST；Nanjing China；210007；2.Department of Radio Communication ICE，PLAUST；Nanjing China；210007 3.Postgraduate Team 2 ICE，PLAUST；Nanjing China；210007）Abstract:Aimed at the weakness of CAB algorithm and CCAB algori
49、thm for environments of strong interference,a robust cyclostationary DBF algorithm,which makes use of cyclostationary character of interferences,is proposed in this thesis.Based on the cyclostationary property of interferences and the recognition method to eigenvector of array correlation matrix,it
50、can accurately estimate the direction vectors of the desired signals.Therefore the ability of DBF for environments of strong interference to select the desired signals and suppress the noise and interfering signals is improved.The simulation results show the effectiveness and robustness of the algor