CN105071850B - 一种角馈方环天线的分集接收方法及*** - Google Patents

一种角馈方环天线的分集接收方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种角馈方环天线的分集接收方法及***，属于微波技术领域。本发明通过在周长为一个波长的方环天线的同一条边的两个角上进行对称馈电，实现了在2.23‑2.46GHz的工作频段内在空间同时获得全方位全俯仰的左旋圆极化辐射和右旋圆极化辐射，可以接收任意极化、任意方向的来波信号。由于左旋和右旋信号隔离度高，该性能可以被用来设计一种分集接收方法。该方法可以大大缓解多径干扰和信道衰落的影响。

Description

一种角馈方环天线的分集接收方法及***
技术领域
本发明涉及一种角馈方环天线的分集接收方法及***，属于微波技术领域。
背景技术
随着无线通信技术的飞速发展，大规模MIMO***得到越来越广泛的应用，出现了大量分集接收技术来适应多天线***。分集接收技术是一项主要的抗衰落技术，它可以大大提高多径衰落信道传输下的可靠性，在实际的移动通信***中，移动台常常工作在城市建筑群或其他复杂的地理环境中，而且移动的速度和方向是任意的。发送的信号经过反射、散射等的传播路径后，到达接收端的信号往往是多个幅度和相位各不相同的信号的叠加，使接收到的信号幅度出现随机起伏变化，形成多径衰落。不同路径的信号分量具有不同的传播时延、相位和振幅，并附加有信道噪声，它们的叠加会使复合信号相互抵消或增强，导致严重的衰落。这种衰落会降低可获得的有用信号功率并增加干扰的影响，使得接收机的接收信号产生失真、波形展宽、波形重叠和畸变，甚至造成通信***解调器输出出现大量差错，以至完全不能通信。采用分集接收技术，可以大大缓解多径干扰和衰落在移动通信***的影响，提高无线信号传输的速率和可靠性，完善无线通信***。
大部分传统的单个分集接收天线只能接收到某种极化，某个或者某些方向的来波信号，并且要通过双天线才能实现双路径接收，硬件复杂度高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种角馈方环天线的分集接收方法及***，可以实现单个天线接收任意极化、任意方向的双路来波信号，降低了硬件复杂度，提升工作效率。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种角馈方环天线的分集接收方法，在周长为一个波长的方环天线的同一条边的两个角上进行对称馈电，方环天线馈电的两个角分别接收左旋圆极化信号和右旋圆极化信号；接收到的左旋圆极化信号和右旋圆极化信号分别进行以下处理：首先经过低噪声放大器进行放大，然后经过乘法器与本地振荡器产生的载波进行相乘，再后经过带通滤波器滤出中频/基带信号，最后将中频/基带信号送入中频放大器进行放大；将两路放大后的中频/基带信号送入加法器进行合并，从而完成整个分集接收流程。
作为本发明的进一步优化方案，在周长为一个波长的方环天线的任一条边的两个角上进行对称馈电，使方环天线工作在偶模的两种正交简并模式下，在空间同时获得全方位全俯仰的左旋圆极化辐射和右旋圆极化辐射，用以接收任意极化、任意方向的来波信号。
另一方面，本发明提供一种角馈方环天线的分集接收***，包括方环天线、接收机，其中，接收机包括第一低噪声放大器、第一乘法器、第一带通滤波器、第一中频放大器、第二低噪声放大器、第二乘法器、第二带通滤波器、第二中频放大器、本地振荡器、加法器，第一低噪声放大器、第一乘法器、第一带通滤波器、第一中频放大器依次连接，第二低噪声放大器、第二乘法器、第二带通滤波器、第二中频放大器依次连接，本地振荡器用于产生载波并分别连接第一乘法器、第二乘法器，加法器分别连接第一中频放大器、第二中频放大器；方环天线的同一条边的两个角上进行对称馈电，且两个角分别连接第一低噪声放大器、第二低噪声放大器；方环天线馈电的两个角分别接收左旋圆极化信号和右旋圆极化信号，左旋圆极化信号依次经过第一低噪声放大器、第一乘法器、第一带通滤波器、第一中频放大器，右旋圆极化信号依次经过第二低噪声放大器、第二乘法器、第二带通滤波器、第二中频放大器，两路信号最终经过加法器合并输出。
作为本发明的进一步优化方案，方环天线的周长为一个波长。
作为本发明的进一步优化方案，方环天线采用同轴线激发。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明一种角馈方环天线的分集接收方法及***，简单易行，实现了在2.23-2.46GHz的工作频段内在空间同时获得全方位全俯仰的左旋圆极化辐射和右旋圆极化辐射，可以接收任意极化、任意方向的来波信号，隔离度高。实现了单天线分集接收双路径信号，大大降低了硬件复杂度。
附图说明
图1是本发明的模型示意图。
图2是利用IE3D软件计算的角馈方环天线方向图，其中，（a）是在偶模模式下zoy面的方向图；（b）是在偶模模式下zox面的方向图；（c）是在偶模模式下zoy面的方向图；（d）是在偶模模式下zox面的方向图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明一种角馈方环天线的分集接收方法，在周长为一个波长的方环天线的同一条边的两个角上进行对称馈电，使方环天线工作在偶模的两种正交简并模式下，在空间同时获得全方位全俯仰的左旋圆极化辐射和右旋圆极化辐射，可以接收任意极化、任意方向的来波信号，隔离度高。该方法利用方环天线偶模的对称简并特性，使单个方环天线工作在两个正交的辐射模式（偶模模式和偶模模式）下。方环天线在偶模模式的激励下，在通过馈电角的对角线存在无限大理想电壁，与之相垂直的对角线上存在无限大理想磁壁；同理，方环天线在偶模模式的激励下，在通过馈电角的对角线存在无限大理想电壁，与之相垂直的对角线上存在无限大理想磁壁。方环天线在偶模模式的激励下，在正方向产生左旋圆极化辐射，在负方向轴产生右旋圆极化辐射；同理，方环天线在偶模模式的激励下，在正方向产生右旋圆极化辐射，在负方向产生左旋圆极化辐射。本发明激发单个辐射器中的一对正交简并模式，实现信号分集接收，降低二分之一的硬件复杂度。
从方环天线馈电的同一条边的两个角接收到不同的来波信号，这两路信号相关性低，隔离度高。从方环天线馈电的两个角分别接收左旋圆极化信号（LHCP）和右旋圆极化信号（RHCP），如图1所示，接收到的左旋圆极化信号和右旋圆极化信号分别先经过低噪声放大器（LNA），将信号功率放大，抑制噪声，得到高的信噪比；下一步进入乘法器，与本地振荡器（LO）产生的载波相乘，进行相干解调；然后信号进入带通滤波器（BPF），解调过的中频/基带信号被滤出；下一步将中频/基带信号送入中频放大器（LF Amp），把信号功率加强；最后，将两路处理过的信号送入加法器完成两路信号合并，完成整个分集接收流程。
通过IE3D软件仿真本发明中的方环天线基本模型，辐射方向图在图2中给出。其中，图2中（a）是在偶模模式下zoy面的方向图，实线表示左旋圆极化辐射，虚线表示右旋圆极化辐射；图2中（b）是在偶模模式下zox面的方向图，实线表示左旋圆极化辐射，虚线表示右旋圆极化辐射。图2中（c）是在偶模模式下zoy面的方向图，虚线表示右旋圆极化辐射，实线表示左旋圆极化辐射；图2中（d）是在偶模模式下zox面的方向图，虚线表示右旋圆极化辐射，实线表示左旋圆极化辐射。由图2可以得出，角馈方环天线可以在+z方向和-z方向同时得到全方位全俯仰的左旋圆极化辐射和右旋圆极化辐射。
综上所述，利用本发明中的方环天线通过角馈方法，在空间同时获得全方位全俯仰的左旋圆极化辐射和右旋圆极化辐射，可以接收任意极化、任意方向的来波信号，并且具有高隔离度的特性。再通过后续接收机的支持，由此得到一种新的分集接收方法，可以在无线通信***中得到广泛的应用。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种角馈方环天线的分集接收方法，其特征在于，在周长为一个波长的方环天线的同一条边的两个角上进行对称馈电，方环天线馈电的两个角分别接收左旋圆极化信号和右旋圆极化信号；接收到的左旋圆极化信号和右旋圆极化信号分别进行以下处理：首先经过低噪声放大器进行放大，然后经过乘法器与本地振荡器产生的载波进行相乘，再后经过带通滤波器滤出中频/基带信号，最后将中频/基带信号送入中频放大器进行放大；将两路放大后的中频/基带信号送入加法器进行合并，从而完成整个分集接收流程。
2.根据权利要求1所述的一种角馈方环天线的分集接收方法，其特征在于，在周长为一个波长的方环天线的任一条边的两个角上进行对称馈电，使方环天线工作在偶模的两种正交简并模式下，在空间同时获得全方位全俯仰的左旋圆极化辐射和右旋圆极化辐射，用以接收任意极化、任意方向的来波信号。
3.一种角馈方环天线的分集接收***，其特征在于，包括方环天线、接收机，其中，接收机包括第一低噪声放大器、第一乘法器、第一带通滤波器、第一中频放大器、第二低噪声放大器、第二乘法器、第二带通滤波器、第二中频放大器、本地振荡器、加法器，第一低噪声放大器、第一乘法器、第一带通滤波器、第一中频放大器依次连接，第二低噪声放大器、第二乘法器、第二带通滤波器、第二中频放大器依次连接，本地振荡器用于产生载波并分别连接第一乘法器、第二乘法器，加法器分别连接第一中频放大器、第二中频放大器；方环天线的同一条边的两个角上进行对称馈电，且两个角分别连接第一低噪声放大器、第二低噪声放大器；方环天线馈电的两个角分别接收左旋圆极化信号和右旋圆极化信号，左旋圆极化信号依次经过第一低噪声放大器、第一乘法器、第一带通滤波器、第一中频放大器，右旋圆极化信号依次经过第二低噪声放大器、第二乘法器、第二带通滤波器、第二中频放大器，两路信号最终经过加法器合并输出。
4.根据权利要求3所述的一种角馈方环天线的分集接收***，其特征在于，方环天线的周长为一个波长。
5.根据权利要求3所述的一种角馈方环天线的分集接收***，其特征在于，方环天线采用同轴线激发。
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