反向天线阵的设计理论与实验研究

具有波束形成能力的射频前端技术是移动通信系统研究的一个很重要的研究方向。反向天线阵是基于相位共轭技术而提出的一种新型波束自适应天线阵，它具有其他天线阵所没有的特殊性能：可以在预先不知道来波方向的情况下，就能够自动地将入射信号反射回去。不仅有低成本、结构紧凑、高效率等优点，而且还能减小信号被第三方接收和探测的可能性，增加了数据的安全性。不仅在微波、毫米波频段的移动通信中具有广泛的应用前景，而且其波束自动控制特性也非常适合应用于射频识别和微波跟踪。本项目的主要创新点是提出和建立直接射频转换方法，突破反向天线阵的相位共轭关键技术。研究内容包括基于直接射频转换方法，设计相位共轭电路，设计与优化反向天线阵阵元和阵列结构，分析研究多径环境中反向天线阵的性能，搭建多径环境测试系统，开展反向天线阵实验与测试研究。通过本项目研究工作掌握移动通信反向天线阵特性，为发展智能通信系统提供指导。

随着移动通信用户数量的急剧增长，频率资源日益紧张。现代通信系统迫切需要具有自动波束跟踪能力的新型天线的出现，而反向天线阵系统是实现这一目标的一个极其重要的途径。反向天线阵是一种新型波束自适应天线系统，不需要预先知道来波的方向，就可以将天线阵列的发射波束指向入射波的方向，具有结构简单、尺寸小、成本低以及良好的自动波束追踪能力等优点。.在详细研究反向天线阵原理的基础上，本项目提出了基于直接射频转换的相位共轭方法。首先从理论上分析该方法的可行性以及各参数对反向天线阵系统的影响，建模并进行仿真验证。在此基础上对基于直接射频转换的相位共轭电路进行样机设计，主要包括接收模块和发射模块，完成了相位共轭电路的实物制作和测试。.双极化微带天线的诸多优点使它非常适合应用于反向天线阵系统。本项目从反向天线阵的特殊要求出发，设计了收发一体双线极化的四元微带阵列天线。通过合理地设计阵列单元并组阵，保证了垂直极化和水平极化在±45°范围内具有较好的扫描特性。综合分析了抑制交叉极化电平、提高端口隔离度以及降低副瓣电平的方法，并在此基础上，提出了改进的双极化微带阵列天线。测试结果表明该天线阵具有较好的工作特性。.本项目研究了多径效应对共轭反向电路的影响，给出理论分析，建立模型并给出了仿真结果，详细阐述了反向天线阵系统抗多径效应的特性。最后，建立测试系统，开展反向天线阵系统测试，测试结果表明反向天线阵扫描波束能够指向发射天线方向，实现了较好的反向性能。