时间反演(TR)作为一种在复杂媒质中实现时间和空间聚焦的技术,最初应用于声学,近年来被引入电磁波领域。由于时间和空间上的超分辨力聚焦特性,TR应用于超宽带(UWB)无线通信时,将极大地增加信道容量,减少同信道干扰,降低码间干扰,提高信息传输速率,提高信噪比,军事上可以实现低成本保密通信,因此吸引了大批无线通信研究者。本论文充分调研了基于TR的无线通信的研究进展,针对UWB无线通信开发了一款超宽带天线,然后搭建了TR-UWB无线传输实验平台,实验研究了微波暗室内无多径环境下、微波暗室内稀疏多径环境下和小型办公室内的TR-UWB无线传输。据我们了解,这是首次采用全时域方法全面研究基于TR的FCC规定的UWB无线传输。第一章介绍了超宽带无线通信的发展历史、存在的问题、目前的解决方法以及TR技术的优势,调研了基于TR的无线通信的研究进展,从理论上说明了TR的时空聚焦原理,并介绍了超宽带天线的发展现状。第二章介绍了TR-UWB无线传输实验原理,利用先进的仪器搭建了TR-UWB无线传输实验平台,介绍了各硬件的指标,并提出了实验系统对天线的要求。第三章针对UWB无线通信开发了一款超宽带蝶型槽天线,完成了相应的频域和时域测试。测试结果显示,该天线的阻抗带宽覆盖FCC规定的超宽带范围,即3.1～10.6GHz,方向图在工作频带内较稳定。天线的时域特性较好,对脉冲信号造成的畸变不严重,基本满足超宽带无线通信的要求。第四章采用全时域方法研究了微波暗室内无多径环境下、微波暗室内稀疏多径环境下和小型办公室内的TR-UWB无线传输。研究内容包括TR对信号波形的恢复、多径效应抑制能力、能量聚焦特性,以及实验系统的传输速率、不同脉冲对系统性能的影响、不同天线对系统性能的影响等。实验结果显示,TR技术能够有效地抑制多径,显著提高信号幅度,改善信号波形。系统的传输性能不仅与多径的丰富程度有关,也与脉冲的形状和天线的特性有关。在1Gpulses/s的脉冲速率下,实验系统仍能正常传输,显示了TR-UWB无线传输在速率上的巨大潜力。第五章对本文做了总结,指出了未来工作的方向。
