频差对方向图综合的影响及解决方法

摘 要：为解决各调频发射机开机时载波频差对天线阵列方向图综合的影响，这里利用了DFT 最大值谱线及与其相邻两根谱线系数的实部（或虚部）进行插值得到各个发射机载波频率的估算值，然后提出了一种有效的补偿方法，以减少频差引起的瞬时相位差对方向图综合的影响。仿真实验表明：此方法频率估算精度较高，采用该方法可以有效的解决频差对天线阵列方向图综合的影响。

　　0 引言

　　在通信条件恶化，环境、地形等不利于通信时，可以考虑利用智能天线技术将多部发射机组成一个天线阵列并机工作，与单部发射机相比，发射功率更大，方向性更强，更加有利于通信。现研究对发射机载波频差对天线方向图的影响进行了仿真分析，而后利用DFT 最大值谱线及与其相邻两根谱线系数的实部（或虚部）进行插值得到频率估计值，然后采用数字振荡器进行频偏校正，并且通过MATLAB/ SIMULINK仿真实验验证了这种方法是可行的，取得了较好的效果。

　　1 实验原理

　　1.1 系统框图

　　这里实验系统是利用智能天线技术将多部调频发射机组合成一个均匀直线阵列，以期在通信条件恶化时保证通信正常进行。但是在发射机开机之后，各发射机载波频率会有所不同，这样会对合成后的天线方向图产生严重的影响，进而影响通信能力的增强。为此，提出了首先对各个载频进行精确估计，然后利用数字振荡器对频率进行校正，使各发射机调频输出信号载频相同，以获得较好的方向图。仿真实验系统框图如图1 所示。

图1 简单仿真实验系统

　　该实验需用5 部调频发射机组成一个均匀直线阵列，以第一部发射机的调频输出信号的载频为参考，利用离散傅里叶变换（DFT，Discrete Fourier Transform），最大值谱线及与其相邻两根谱线系数的实部（或虚部）进行插值得到频率估计值，然后进行频率校正直至各调频输出信号载频基本相同。其中，参考信号的获取是通过在天线底端加一个耦合器及其匹配电路，然后将信号引入频率估计端口进行数值运算。

　　1.2 直线阵模型

　　该研究将各发射机天线组成一均匀直线阵列，这是一种最简单的阵列结构，所有阵元等间距排列在一条直线上。假设阵元的位置位于（xm, ym ），m =1,2,……,N ,以原点为参考点，α表示方位角（入射信号与y 轴的夹角，也就是与阵列法线的夹角），如图2 所示。图2 中d 为阵元间距（一般为入射信号波长的一半），以最左边的阵元为参考点，α 为入射到阵列上的平面波的方位角。

图2 均匀直线阵示意