[发明专利]基于预调制的四维天线阵宽带通信波束成形方法

权利要求书

1.一种基于预调制的四维天线阵宽带通信波束成形方法，其特征在于，应用于基于预调制的四维天线阵宽带通信波束成形系统，所述的系统包括预调制器、带通滤波器、解调器、数字示波器、功率合成器、现场可编程门阵列、四维波束成形模块和天线单元；每个天线单元所连接的四维波束成形模块均由两对并联单刀双掷开关和5条射频延时线组成；解调器包括带通滤波器、本地振荡器和低通滤波器；信号经过带通滤波之后，与本地振荡器产生的载波信号相乘，再进行低通滤波；现场可编程门阵列根据信号来波方向产生时序信号，连接并控制四维波束成形模块和预调制器；预调制器根据现场可编程门阵列传来的时序信息产生预调制信号；各个天线单元连接各自的带通滤波器，滤波后与四维波束成形模块相连；功率合成器连接四维波束成形模块，信号合路后与预调制器相连；解调器不仅和预调制器相连接，还和数字示波器相连；

所述的方法包括如下步骤：

S1、以平均辐射功率方向图的最大副瓣，以及阵列波束指向为目标函数，利用优化算法优化出满足要求的时序，随后经过预调制处理，使得来波方向的信号不受时间调制，即边带总功率置零，所设定的优化目标函数如公式(1)所示，约束条件如公式(2)所示；

其中，f是目标函数，w₁、w₂表示加权系数，θ_opt表示优化出的阵列波束扫描方向，θ₀表示信号来波方向，SLL_opt表示优化出的归一化平均辐射功率方向图的副瓣，SLL_desired表示期望的归一化平均辐射功率方向图的副瓣，设定为-16dB；t_1k表示第k个单元的同相支路开关的“+1”状态导通时刻，τ_1k表示第k个单元的同相支路开关的“+1”状态导通持续时间，t_2k表示第k个单元的正交支路开关的“+1”状态导通时刻，τ_2k表示第k个单元的正交支路开关的“+1”状态导通持续时间；

S2、在三维高频结构电磁场仿真软件(HFSS)中仿真出16单元均匀直线阵，提取出各个单元的有源方向图，根据天线有源方向图，以及信号来波方向，优化出相应的时序，从而生成预调制信号h(t)；

S3、天线单元接收信号，每个单元连接一个带通滤波器，信号滤波后被四维波束成形模块进行时间调制后进入功率合成器；

S4、功率合成器连接预调制器，对信号进行再次调制，经过解调器之后，连接到数字示波器，进行抽样判决，与原始基带信号相比，从而计算出误码率。