超短波宽带全向天线与抗干扰阵列研究

试点论坛shi dian lun tan357超短波无线电通信抗干扰技术发展趋势◎胡占平摘要：随着通信技术的发展，在无线电技术发展和应用的推动下，超短波无线电通信技术水平不断提高，应用范围不断扩大。

随着人们沟通和交流方式的改变，人们对通信的便捷化和即时性的要求越来越高。

但是在超短波无线电通信技术的实际应用当中，由于其自身的信号传输是依赖电磁波实现的，所以其自身会受到磁场影响，进而影响传输信号的传输效率和传输质量。

因此，抗干扰技术研究无论是对于超短波无线电通信技术应用，还是对于超短波无线电通信技术发展，都具有重要的意义。

关键词：超短波；无线电通信；抗干扰技术；发展趋势一、超短波无线电通信的干扰源及抗干扰技术（1）干扰源分析。

①共道干扰.共道干扰是超短波无线电通信主要的干扰源之一，也就是常说的同频干扰。

当多个电台使用同一频率进行信号传输时，将会导致不同的信号传输到接收机中，使得载频频差、相位及调制频偏等出现同频干扰问题。

②互调干扰.互调干扰是超短波无线电通信过程中最为常见的干扰源之一，一般出现在传输信道的非线性部件当中，从而导致各频率组成成分产生，互调干扰也就出现在新频率成分之中。

发射机互调和接收机互调现象是导致实际移动通信系统出现干扰的两大原因。

③邻道干扰.邻道干扰也是影响超短波无线电通信的重要因素，主要存在于相邻频道之间。

尤其在跳频信号频谱较宽的影响下，频谱信号的频分量较多，这就导致边频分量会落入邻道接收机的通带内，从而产生邻道干扰。

（2）抗干扰技术。

在超短波无线电通信系统中，要想有效避免干扰问题，需要合理选择和应用抗干扰技术，保证超短波无线电通信质量。

常见的抗干扰技术主要有扩频技术和调频技术，其中较为常用的是直接序列扩频技术，通过直接高码序列的科学应用实现发端扩展信号频谱优化。

通过对相同扩频码序列的解扩，得到扩展后的扩频信号，实现转换，得到原始信息，提高超短波无线电通信系统的抗干扰能力。

二、超短波无线电通信抗干扰技术发展分析（1）跳频技术。

目录第一章绪论 (1)1.1 选题依据 (1)1.2 超短波电台通信国内外发展现状与趋势 (2)1.3 OFDM技术的发展及应用 (4)1.4 论文的主要工作和章节安排 (7)第二章 OFDM技术与超短波无线通信信道特性 (8)2.1 OFDM技术基本原理 (8)2.1.1 OFDM系统的基带模型 (8)2.1.2 保护间隔和循环前缀 (11)2.2 多径信道的描述参数 (12)2.2.1 瑞利/莱斯衰落 (12)2.2.2 时延扩展与相干带宽 (13)2.2.3 多普勒扩展与相干时间 (14)2.3 超短波电台通信信道特性 (15)2.3.1 信道的多径时延分布 (15)2.3.2 信道的多普勒分析 (17)2.4 本章小结 (19)第三章基于OFDM的无线宽带通信信号处理技术 (21)3.1 通信系统帧结构设计 (21)3.1.1 OFDM参数设计 (21)3.1.2 相位参考符号 (24)3.1.3 OFDM符号与成帧 (25)3.2 基带信号处理 (26)3.2.1 卷积编码和维特比译码 (26)3.2.2 差分调制和解调 (29)3.2.3 QPSK映射和QPSK解调 (30)3.2.4 频率交织和频率交织解调 (30)3.2.5 系统同步算法 (32)3.3 中频信号处理 (36)3.3.1 整数倍内插 (37)3.3.2 带通采样 (38)3.3.3 整数倍抽取 (39)3.4 本章小结 (40)第四章信号处理硬件平台及接口技术 (41)4.1 硬件平台及接口 (41)4.2 嵌入式系统及设备驱动 (42)4.2.1 嵌入式Linux系统 (42)4.2.2 嵌入式驱动程序 (43)4.3 ARM与DSP通信技术实现 (44)4.3.1 HPI读写 (44)4.3.2 HPI加载DSP技术 (45)4.4 ARM与FPGA通信技术实现 (46)4.4.1 S3C2410的GPIO读写 (46)4.4.2 通过GPIO加载FPGA技术 (46)4.5 DSP与FPGA通信技术实现 (48)4.6 ARM与PC机通信技术实现 (50)4.7 本章小结 (52)第五章超短波电台OFDM通信系统的实现 (53)5.1 DSP基带信号处理实现 (53)5.1.1 EDMA与中断实现 (53)5.1.2 发送端DSP信号处理 (55)5.1.3 接收端DSP信号处理 (56)5.2 FPGA中频信号处理实现 (60)5.2.1 数字上变频实现 (60)5.2.2 数字下变频实现 (62)5.3 超短波电台通信系统视频传输设计实现 (63)5.3.1 发送端视频数据传输设计 (64)5.3.2 接收端视频数据传输设计 (66)5.4 通信系统性能测试及性能分析 (67)5.5 本章小结 (72)结论 (73)参考文献 (75)攻读硕士学位期间发表的论文与研究成果清单 (77)致谢 (78)第一章绪论1.1 选题依据超短波(Very High Frequency，VHF)通信是指利用30MHz~300MHz超短波频段电磁波进行的无线电通信，也叫甚高频通信。

基于进化算法的超宽带TEM喇叭天线阵列优化超宽带雷达、超宽带通信、超宽带成像和超宽带电磁脉冲武器等领域的飞速发展,成为推动超宽带天线研究的巨大动力,并对超宽带天线提出了越来越高的要求。

在众多形式的超宽带天线中,TEM(transverseelectromagnetic)喇叭天线及其变形天线是常用的高功率超宽带天线,工作于TEM模,定向辐射能力较强,易于工程实现,在超宽频带内具有恒阻抗特性,可以有效辐射时域窄脉冲信号。

由于馈源、尺寸和功率等因素的限制,宜于采用阵列技术,以方便控制天线的辐射特性,减小波束宽度、降低副瓣电平和提高辐射功率,在诸如雷达系统、电子对抗、地下传感等众多军事和民用领域也有着非常广阔的应用前景。

对超宽带天线阵列的分析存在一定难度,而对它的综合或优化将更具有挑战性,由于超宽带天线阵列中的优化变量与优化目标呈强烈的非线性关系,传统的优化方法往往无能为力--尽管如此,研究较为完善的适合于超宽带天线阵列优化的方法却是非常必要和迫切的,它将直接影响到超宽带天线阵列的各项性能指标以及阵列快速优化设计的实现。

本文将以时域有限差分法(Finite-Difference Time-Domain Method,FDTD)为电磁辐射正问题的求解基础,以全局优化算法--微遗传算法、改进微遗传算法及其多目标进化算法分别处理天线及其阵列的优化问题(逆问题)。

因此,论文首先对应用于超宽带TEM喇叭天线分析的数值方法--时域有限差分方法的特点和算法基本设置进行了简单介绍;对天线辐射问题的相关设置以及应用于超宽带TEM喇叭天线馈电的一维传输线馈电模型进行了描述;详细论述了获取天线远场信息的近-远场外推算法,对天线辐射问题应用改进的快速近-远场转换算法,对等效面近场数据在时域或空域上进行抽样,以尽量少的近场数据,实现不失真的远场转换,节约了计算时间,并给出了计算实例。

论文接着介绍了描述超宽带天线时域特性的参数定义以及天线建模方法,并对其正确性进行了验证;详细论述了超宽带TEM喇叭天线的辐射特性。

技术研究1 引言全球卫星导航系统在人们的日常生活、信息传递、航海航空和交通运输方面起着至关重要的作用。

但是导航卫星距离地球有数万千米远，导航接收设备接收信号强度非常微弱，例如与北斗类似的GPS 系统，其L2波段信号传输到地面后最小信号仅为-166d BW 。

随着北斗系统的应用领域越来越广泛，电磁环境也变得越来越复杂，提高北斗系统的抗干扰能力变得越来越重要。

空域滤波技术又称为自适应天线阵列技术。

自适应天线阵列技术的实质是多个阵元组成天线阵，处理器可以控制与其相连的微波网络，而微波网络与天线单元相连。

在需要进行抗干扰时，处理器接收来自于微波网络的信号后再反馈调节微波网络，控制微波网络调节各天线单元的幅度和相位，从而达到控制波束方向，产生方向图零点对准干扰方向的效果。

一般来讲，产生的零陷数目最多为M-1，M 为阵元数目。

理论上，自适应天线阵列技术能够使得美国的GPS 接收机干扰抑制能力达到40~50dB 。

本文提及的抗干扰天线阵列是由七个天线阵元构成，天线阵元分布在正六边形的六个角以及中心上，这种布局能够使每一个相邻的阵元间距保持一致，有利于自适应零陷算法对阵列方向图赋形。

其自适应天线阵原理是：对于一个天线系统来说，各种各样的干扰可能从主瓣进入，也可能从旁瓣进入，天线设计的首要问题就是考虑是从旁瓣进入的干扰影响最小。

若干扰来袭固定方向，则可以通过设计天线波束图，使其在干扰方向有很深的零点，但是通常干扰方向是变化的，我们就希望这些零点方向能够随干扰方向而变化，采用自适应技术就可以实现这个目的。

抗干扰天线阵列的基本要求：在限定的尺寸条件下选择适当的天线形式与单元数量减少单元间耦合，使个单元的接收幅度和相位差异较小，并且保证较高的低仰角增益。

一种新型抗干扰天线阵元以及阵列王冠君，刘 欢，陈伟东（上海海积信息科技股份有限公司，上海 201700）摘要：地下综合管廊在建成后，受地质形变、环境变化等的影响，可能引发老化、结构损伤、位移变形沉降等问题，这成为双鱼岛地下管线以及双鱼岛地面的安全隐患。

外军短波、超短波跳频电台发展综述王淑波1孙海鹏1梅文华2(1. 空军工程大学工程学院陕西西安 710038) (2. (2.北京航空工程技术研究中心北京 100076)摘要：本文综述了外军短波、超短波跳频电台的发展特点，预计了今后的发展趋势。

关键词：短波跳频电台，超短波跳频电台ABSTRACT：The characteristics of the development of HF and VHF(UHF) frequency-hopping radio used in the foreign armies are described and the development tendency is predicted in this paper. KEYWORD：HF frequency-hopping radio，VHF(VHF) frequency-hopping radio1 概述短波跳频电台是军事领域中保证远程通信的主要装备。

目前，常规的短波单边带跳频电台与新型的短波自适应跳频电台并存共用，且还将延续较长的时间。

短波自适应跳频电台将迅速发展而成为军事通信中广泛使用的主要装备。

超短波跳频电台是军事通信中应用极广、数量极大的通信装备。

其中机载电台随飞机的发展而得以优先发展，但同时也存在着品种繁杂、标准化差、后勤保障困难等问题，在标准化、多功能综合化、多频段组合化和结构模块化等方面，有待进一步完善提高。

美国空军为解决这类技术性问题而推行了发展使用标准型机载电台的举措，从而加快了更新换装的速度。

地面电台普遍发展缓慢，仍然存在着不同年代的产品并存共用的现象。

从技术特征上看，超短波跳频电台在信道间隔、抗干扰能力以及多功能兼容能力等许多方面，都已有很大的改进完善。

从配置使用特征上看，超短波跳频电台在对空通信覆盖能力与波道分配利用等方面，都已相当完备而达到较高水平。

未来的超短波跳频电台，将在技术性能与战术应用方面有较大的发展，但机载电台优先发展，地面电台落后的局面将难以改变。

超短波无线电通信抗干扰技术分析超短波无线电通信是一种广泛应用的通信技术，它通过电磁波传输信息，具有传输距离远、抗干扰能力强等优点。

随着社会的发展和科技的进步，无线电通信系统所面临的干扰也越来越严重。

如何有效地抵御各种干扰成为无线电通信技术研究的重要问题之一。

本文将从超短波无线电通信抗干扰技术的角度进行分析，探讨其主要的抗干扰技术和未来发展方向。

一、频谱分配与频谱管理频谱是无线电通信的基础资源，合理的频谱分配和频谱管理对无线电通信系统的抗干扰能力至关重要。

在超短波无线电通信中，频谱的分配和管理需要有针对性地进行规划，避免频谱资源的浪费，同时保证频谱资源的充分利用。

通过频谱监测和频谱管理系统，可以及时发现并处理非法占用频谱等干扰行为，保障正常通信的进行。

二、信号处理技术超短波无线电通信的抗干扰技术中，信号处理技术具有重要地位。

通过信号处理技术，可以在接收端对接收到的信号进行处理，提高抗干扰能力和解调性能。

常用的信号处理技术包括自适应滤波、非线性抑制、信号重构等，这些技术能够有效地提高系统对干扰的抵抗能力。

三、多天线技术多天线技术是当前无线通信系统中广泛采用的一种抗干扰技术。

通过多天线技术，可以有效地提高系统的接收性能，增强信号的鲁棒性，提高系统的容错性和抗干扰能力。

在超短波无线电通信系统中，通过采用多天线技术，可以有效地提高系统的抗干扰性能，提高信号的可靠性和稳定性。

四、功率控制技术在超短波无线电通信系统中，功率控制技术是一种重要的抗干扰技术。

通过功率控制技术，可以有效地减少自身干扰，提高传输效率，同时降低对其他系统的干扰。

在实际应用中，通过合理控制发射功率和接收灵敏度，可以有效地提高系统的抗干扰性能。

五、监测与干扰源定位技术监测与干扰源定位技术是一种主动的抗干扰技术，通过监测系统的工作状态和检测干扰源的位置，可以及时发现干扰源并采取相应的对策。

在超短波无线电通信系统中，通过监测与干扰源定位技术，可以及时发现各种干扰源，并按照其干扰特性采取相应的干扰抵抗措施，保证通信系统的正常运行。

超短波天线参数1. 引言超短波（Ultra High Frequency，UHF）是指频率范围在300 MHz至3 GHz之间的无线电波。

超短波天线是用于接收和发送超短波信号的重要组成部分。

在无线通信领域，天线是将电磁波能量转换为电流或电压信号的设备，起到收发信号的作用。

天线参数的选择和优化对于无线通信系统的性能至关重要。

本文将介绍超短波天线的参数及其对无线通信系统的影响。

2. 天线参数2.1 增益天线增益是指天线辐射功率与理想点源辐射功率之比。

它是衡量天线辐射能力的重要指标。

增益越大，天线的辐射范围越远，信号传输距离也就越远。

超短波天线的增益受到天线尺寸、形状、辐射方向等因素的影响。

2.2 方向性天线的方向性是指天线在不同方向上的辐射特性。

超短波天线可以是全向天线，也可以是定向天线。

全向天线的辐射范围广，适用于无线通信系统中的广播和接收；定向天线的辐射范围窄，适用于需要远距离传输和定向通信的场景。

2.3 阻抗天线的阻抗是指天线输入端的电阻和电抗。

在无线通信系统中，天线的阻抗应与无线电设备的输出阻抗相匹配，以实现最大功率传输。

超短波天线的阻抗可以通过调整天线长度、宽度等参数来实现匹配。

2.4 驻波比驻波比是指天线输入端的驻波电压和驻波电流之比。

驻波比越小，表示天线与传输线的匹配程度越好，信号传输损耗越小。

超短波天线的驻波比受到天线结构和工作频率的影响。

2.5 带宽天线的带宽是指天线在一定性能要求下能够工作的频率范围。

超短波天线的带宽受到天线长度、结构等因素的影响。

较宽的带宽可以提高系统的通信可靠性和传输速率。

3. 超短波天线参数的影响超短波天线的参数选择和优化对无线通信系统的性能有着重要的影响。

3.1 信号传输距离超短波天线的增益决定了信号传输的距离。

增益越大，信号传输距离越远。

因此，在需要远距离传输的场景中，选择具有较高增益的超短波天线可以提高通信质量和覆盖范围。

3.2 信号覆盖范围超短波天线的方向性决定了信号的覆盖范围。

宽带全向天线及紧耦合阵列天线研究宽带全向天线及紧耦合阵列天线研究近年来，随着无线通信技术的不断发展，对于天线的要求也越来越高。

宽带全向天线及紧耦合阵列天线应运而生，成为了广泛研究的热点。

本文将介绍宽带全向天线及紧耦合阵列天线的相关原理、设计方法以及未来的发展趋势。

宽带全向天线是一种能够在较宽频段内工作的全向天线。

在传统的天线设计中，往往只能实现较窄的工作频段，但是随着多频段通信的需求增加，传统天线无法满足这些需求。

而宽带全向天线则通过优化天线结构和参数，实现了在宽频段内的全向性能。

其特点在于无论从水平方向还是垂直方向，天线增益、辐射模式都能够保持稳定，且适用于多种无线通信应用。

在宽带全向天线的设计中，重要的因素是天线的辐射器件和天线馈电方式。

目前常用的辐射器件有饰面不共振天线、螺旋线天线、扇形天线等。

这些辐射器件的主要特点是在一定频带内保持稳定的辐射性能。

在天线馈电方式上，常用的有单极馈电、同轴馈电、微带线馈电等。

通过合理选择辐射器件和天线馈电方式，可以实现宽带全向天线的设计。

紧耦合阵列天线是一种将多个天线阵列结合起来，通过相互之间的耦合，实现辐射性能的最优化。

它通过调整天线之间的相对距离和相对相位来实现，从而控制阵列天线的辐射模式和偏斜角度。

相比单一的全向天线，紧耦合阵列天线具有更高的增益和辐射效率。

它可以应用于卫星通信、雷达系统以及无线局域网等多个领域。

在紧耦合阵列天线的设计中，首要问题是确定合适的天线阵列结构。

常见的阵列结构有线性天线阵列、二维天线阵列以及螺旋线天线阵列等。

设计师需要根据不同的应用需求来选择最合适的阵列结构。

其次，需要通过调整天线之间的相对距离和相对相位来实现辐射模式的调整。

这可以通过使用耦合器件、调相器件以及电子扫描技术来实现。

未来，宽带全向天线及紧耦合阵列天线的发展趋势将主要集中在增益和宽带性能的提升上。

随着通信技术的不断发展，对于天线的要求将愈加严苛。

未来的天线设计将会更加注重在更宽的频段内实现更高的增益和更好的全向性能。

∗收稿日期：2020年12月14日，修回日期：2021年1月25日作者简介：曹永恒，男，硕士，高级工程师，研究方向：舰船电子与信息系统设计。

李文华，男，硕士研究生，研究方向：微波技术与天线。

1引言超短波天线频率范围为30MHz~300MHz ，其在舰船、飞机以及汽车等领域的应用范围十分广泛［1~5］，可以实现较远的通信距离以及较高的通信质量。

船舶远洋通信的发展，对舰船的超短波通信提出越来越高的要求，要求天线集成化、小型化和平面化，可将天线嵌入、集成到上层建筑中，实现与船舶的一体化和隐身设计。

通常情况下用于舰载超短波频段的通信天线形式为振子天线，如分支振子、折合振子、盘锥振子等，这种天线结构简单，但是天线尺寸较大。

为了便于安装和确保天线的鲁棒性和低RCS （雷达散射截面积），有必要对其进行小型化。

此外传统的振子天线带宽较窄，难以满足实际舰船多信道开通的通信要求，所以要对其进行宽带化设计。

目前实现宽频带、小型化的手段大多为曲流技术、加载技术及引入渐变结构等［6~12］，但是对工作在30MHz~88MHz 的超短波天线而言，其对低频段的改善效果并不明显，难以同时满足宽带和小型化的要求。

本文设计了一种具有小型化、宽频带的超短波刀型天线。

通过在天线表面开多条引流缝隙延长宽带小型化超短波刀型天线设计∗曹永恒1李文华2（1.中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011）（2.西安电子科技大学西安710071）摘要论文设计了一种宽频带、小型化的超短波刀型天线。

首先，采用开引流缝隙的方法，不仅能有效拓展天线的阻抗带宽，还能实现天线的小型化（0.11λ×0.08λ）；其次，通过引入断流缝隙，实现了天线输入阻抗虚部的容性化，便于集总元件的加载。

最后，设计了一款适用于该天线的宽带匹配网络，实现了天线在30MHz~88MHz 的全频段匹配。

仿真结果表明天线在30MHz~88MHz 频带驻波比小于3.5，水平方向增益在-10dBi 左右，且具有良好的水平面全向辐射特性。