基于阵列天线的通信屏蔽仪的设计与研究

论文摘要

随着通信产业的发展,移动电话在给人们的生活带来便利的同时也产生了一些不容忽视的问题,其危害程度和严重性已引起人们的高度重视,因而手机信号屏蔽设备得到了广泛的应用。现有的屏蔽设备受器件性能及工作方式的限制,存在着功耗高,辐射危害大,屏蔽不严密等一系列问题。本文以阵列天线为应用背景,开展了屏蔽仪的研制工作,介绍了基于阵列天线技术的屏蔽仪的研制思路、方案,针对现有屏蔽仪的缺陷,在FPGA平台上实现了波束形成和方位估计。其基本思想是充分利用FPGA的并行处理能力,选择以Xilinx公司的XC3S1400AN为主要平台,构建高性能多核信号处理系统。应用Altium Designer开发环境进行硬件系统的总体设计,对主要功能模块进行了研究和选型,构建了通信屏蔽仪的硬件平台。将阵列天线作为发射端,应用天线方向图分析方法,综合考虑阵列天线的阵因子和元因子的影响,在等间距阵列中设计和实现了阵列图形观察器软件,考虑谢昆诺夫二项式分布将各阵元的增益按照二项式分布取值,在阵列图形观察器软件中取得较好效果。在波达方向估计过程中运用阵列天线空域滤波功能,以确定试图进行通信的移动台的相对方位,并对MUSIC算法进行了仿真研究,结果表明,在窄带阵元域和窄带波束域条件下,该算法是有效的。本文详细分析了研制中的关键技术,给出了算法的仿真结果,实现了目标方位估计和数字波束形成,达到定向波束屏蔽的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 阵列天线研究现状
• 1.2.2 屏蔽仪研究现状
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 1.4 论文结构
• 第2章 系统设计
• 2.1 系统总体设计
• 2.1.1 设计概述
• 2.1.2 开发环境
• 2.1.3 主要器件选型
• 2.2 硬件设计
• 2.2.1 MCU 模块设计
• 2.2.2 数字直接频率合成模块
• 2.2.3 DSP 模块
• 2.3 软件设计
• 2.3.1 波达角估计模块设计
• 2.3.2 波束形成模块设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 波束方向图形成
• 3.1 概述
• 3.2 均匀激励的等间距线阵
• 3.2.1 阵因子的表达式
• 3.2.2 主瓣扫描和束宽
• 3.3 均匀激励等间距直线阵的方向性
• 3.4 等间距线阵方向图综合
• 3.5 阵列图形观察器
• 3.6 本章小结
• 第4章 目标方位估计
• 4.1 引言
• 4.2 窄带阵元域MUSIC 方位估计
• 4.3 空域预滤波DOA 设计
• 4.3.1 理论模型及推导
• 4.3.2 方位估计步骤
• 4.3.3 仿真研究
• 4.4 窄带波束域方位估计
• 4.4.1 波束域方法
• 4.4.2 方位估计步骤
• 4.4.3 仿真研究
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论和展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢