TR-UWB无线通信系统中的天线及系统实验研究

论文摘要

时间反演（TR）作为一种在复杂媒质中实现时间和空间聚焦的技术,最初应用于声学,近年来被引入电磁波领域。由于时间和空间上的超分辨力聚焦特性,TR应用于超宽带（UWB）无线通信时,将极大地增加信道容量,减少同信道干扰,降低码间干扰,提高信息传输速率,提高信噪比,军事上可以实现低成本保密通信,因此吸引了大批无线通信研究者。本论文充分调研了基于TR的无线通信的研究进展,针对UWB无线通信开发了一款超宽带天线,然后搭建了TR-UWB无线传输实验平台,实验研究了微波暗室内无多径环境下、微波暗室内稀疏多径环境下和小型办公室内的TR-UWB无线传输。据我们了解,这是首次采用全时域方法全面研究基于TR的FCC规定的UWB无线传输。第一章介绍了超宽带无线通信的发展历史、存在的问题、目前的解决方法以及TR技术的优势,调研了基于TR的无线通信的研究进展,从理论上说明了TR的时空聚焦原理,并介绍了超宽带天线的发展现状。第二章介绍了TR-UWB无线传输实验原理,利用先进的仪器搭建了TR-UWB无线传输实验平台,介绍了各硬件的指标,并提出了实验系统对天线的要求。第三章针对UWB无线通信开发了一款超宽带蝶型槽天线,完成了相应的频域和时域测试。测试结果显示,该天线的阻抗带宽覆盖FCC规定的超宽带范围,即3.1～10.6GHz,方向图在工作频带内较稳定。天线的时域特性较好,对脉冲信号造成的畸变不严重,基本满足超宽带无线通信的要求。第四章采用全时域方法研究了微波暗室内无多径环境下、微波暗室内稀疏多径环境下和小型办公室内的TR-UWB无线传输。研究内容包括TR对信号波形的恢复、多径效应抑制能力、能量聚焦特性,以及实验系统的传输速率、不同脉冲对系统性能的影响、不同天线对系统性能的影响等。实验结果显示,TR技术能够有效地抑制多径,显著提高信号幅度,改善信号波形。系统的传输性能不仅与多径的丰富程度有关,也与脉冲的形状和天线的特性有关。在1Gpulses/s的脉冲速率下,实验系统仍能正常传输,显示了TR-UWB无线传输在速率上的巨大潜力。第五章对本文做了总结,指出了未来工作的方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 时间反演技术
• 1.3 超宽带天线发展概况
• 1.4 本论文的主要内容和特色
• 第二章 TR-UWB 无线传输实验系统
• 2.1 TR-UWB 无线传输实验原理
• 2.2 实验系统硬件构成
• 2.3 实验系统对天线的要求
• 2.4 小结
• 第三章 TR-UWB 无线通信系统中的超宽带天线设计
• 3.1 天线宽带化技术简介
• 3.2 超宽带蝶型槽天线的设计
• 3.2.1 设计过程
• 3.2.2 S11 和方向图测试结果及分析
• 3.2.3 天线的时域特性
• 3.3 小结
• 第四章 TR-UWB 无线传输实验结果
• 4.1 微波暗室内无多径环境下的TR-UWB 无线传输实验
• 4.1.1 实验环境介绍
• 4.1.2 仪器的色散特性研究
• 4.1.3 脉冲信号在该环境下的TR 传输特性
• 4.1.4 不同脉冲的研究
• 4.2 微波暗室内稀疏多径环境下的TR-UWB 无线传输实验
• 4.2.1 实验环境介绍
• 4.2.2 脉冲信号在该环境下的TR 传输特性
• 4.2.3 不同脉冲的研究
• 4.2.4 传输速率的研究
• 4.2.5 不同天线的研究
• 4.3 小型办公室内的 TR-UWB 无线传输实验
• 4.3.1 实验环境介绍
• 4.3.2 脉冲信号在该环境下的 TR 传输特性
• 4.3.3 不同脉冲的研究
• 4.3.4 传输速率的研究
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本论文的主要工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻硕期间取得的研究成果