頻差對方向圖綜合的影響及解決方法

摘 要：為解決各調頻發射機開機時載波頻差對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的實部（或虛部）進行插值得到各個發射機載波頻率的估算值，然后提出了一種有效的補償方法，以減少頻差引起的瞬時相位差對方向圖綜合的影響。仿真實驗表明：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天線陣列方向圖綜合的影響。

　　0 引言

　　在通信條件惡化，環境、地形等不利于通信時，可以考慮利用智能天線技術將多部發射機組成一個天線陣列并機工作，與單部發射機相比，發射功率更大，方向性更強，更加有利于通信。現研究對發射機載波頻差對天線方向圖的影響進行了仿真分析，而后利用DFT 最大值譜線及與其相鄰兩根譜線系數的實部（或虛部）進行插值得到頻率估計值，然后采用數字振蕩器進行頻偏校正，并且通過MATLAB/ SIMULINK仿真實驗驗證了這種方法是可行的，取得了較好的效果。

　　1 實驗原理

　　1.1 系統框圖

　　這里實驗系統是利用智能天線技術將多部調頻發射機組合成一個均勻直線陣列，以期在通信條件惡化時保證通信正常進行。但是在發射機開機之后，各發射機載波頻率會有所不同，這樣會對合成后的天線方向圖產生嚴重的影響，進而影響通信能力的增強。為此，提出了首先對各個載頻進行精確估計，然后利用數字振蕩器對頻率進行校正，使各發射機調頻輸出信號載頻相同，以獲得較好的方向圖。仿真實驗系統框圖如圖1 所示。

圖1 簡單仿真實驗系統

　　該實驗需用5 部調頻發射機組成一個均勻直線陣列，以第一部發射機的調頻輸出信號的載頻為參考，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的實部（或虛部）進行插值得到頻率估計值，然后進行頻率校正直至各調頻輸出信號載頻基本相同。其中，參考信號的獲取是通過在天線底端加一個耦合器及其匹配電路，然后將信號引入頻率估計端口進行數值運算。

　　1.2 直線陣模型

　　該研究將各發射機天線組成一均勻直線陣列，這是一種最簡單的陣列結構，所有陣元等間距排列在一條直線上。假設陣元的位置位于（xm, ym ），m =1,2,……,N ,以原點為參考點，α表示方位角（入射信號與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（一般為入射信號波長的一半），以最左邊的陣元為參考點，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