非对称架构毫米波数字多波束接收阵列关键技术研究

作     者：许志伟 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：洪伟

授予年度：2023年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：毫米波 非对称架构 数字多波束 波达方向(DOA)估计 

摘      要：随着移动通信技术的快速发展,毫米波数字多波束技术正在成为未来移动通信的核心技术,而非对称全数字多波束阵列架构在系统成本、整体功耗等方面具有诸多优势。本文针对非对称架构毫米波数字多波束接收阵列的一些关键技术开展研究,主要内容如下: 设计了一个16通道毫米波全数字接收机以及提供本振信号的锁相环频率合成器。毫米波全数字接收机射频中心频率为26GHz,单通道增益约为16dB,通道间不平坦度为2.07dB。研究了不同阵列排布对通信性能的影响,仿真比较了包含均匀阵与稀疏阵的七种阵列排布的波达方向(DOA)估计性能,得到在不同信噪比情况下使用MUSIC算法的二阶L阵在七种阵列中DOA估计均方根误差(RMSE)最小,其余依次为互质L阵、八边形阵、均匀L阵、方形阵、十字阵以及面阵。推导了不同算法的计算复杂度,结果表明七种阵列最佳算法的计算复杂度数量级相同。仿真了阵列方向图,结果表明七种阵列采用数字多波束均能覆盖±50°的俯仰角与方位角范围。针对鲜有实验验证毫米波非对称全数字接收系统的DOA估计性能,利用设计的毫米波全数字多波束接收阵列以及平面准八木天线作为实验平台,验证了不同阵列排布的DOA估计性能。平面准八木天线在23GHz-31GHz频段内反射系数均低于-15dB,相对带宽为29.6%,增益约为5dBi,交叉极化低于-10dB,E面和H面半功率波束宽度分别为86°和154°。DOA估计测试结果表明均匀L阵在均匀阵中DOA估计的RMSE最低;在稀疏阵中,二阶L阵的DOA估计RMSE优于算法复杂度同数量级的互质L阵。测试结果与仿真结果基本一致,验证了不同阵列排布的毫米波非对称全数字接收系统的波达方向估计性能。