[发明专利]波束指向可调天线的方向图的计算方法及装置

说明书

本发明公开了一种波束指向可调天线的方向图的计算方法及装置。该设计方法通过直接测量得到单个缝隙的散射参量，可操作性强，实现了不依赖仿真软件而对波束指向可调天线方向图的计算；同时实现了对波束指向可调天线方向图的加权计算；能够对包括缝隙单元形式、缝隙单元的组合和排列方式等关键信息进行全局优化，极大节省了天线设计中对缝隙单元选择、排列、组合、间距等方面的优化，以聚焦于缝隙单元结构形式的设计；此外，还可根据波束指向偏转要求，计算各缝隙单元对应的导通与截止状态的波控码，为波束指向的调控提供指导，以实现波束的快速赋形和切换。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体来说，涉及一种波束指向可调天线的方向图的计算方法及装置。

背景技术

基于波导的波束指向可调天线(漏波天线)，其成本低、寿命长，且具有低剖面、全屏蔽以消除内部复杂散射等优势。波束指向可调天线设计的关键因素包括：缝隙单元、缝隙间距、缝隙排列、缝隙导通与截止控制等。其中，要实现工作频段内特定波束指向的精确调控以及低旁瓣控制，需要对上述各关键因素联动优化。

传统规则缝隙的波束指向可调天线的设计方法比较成熟，缝隙尺寸、间距等因素与其形成的天线方向图相关，形式上比较直观。但其不具备导通与截止功能，无法实现波束指向偏转。

不规则缝隙的波束指向可调天线的设计方法则对仿真软件依赖较大，全局优化耗时较长，不利于工程应用。

对于波束可调系统，通常借鉴相控阵原理，阵子相同，但其波束调控是通过对各阵子精确调相来实现，相比于多缝隙单元的波束指向可调天线，调控机理有所区别，对于波束指向可调天线各缝隙单元的导通或截止难以指导。

针对相关技术中无法实现波束指向偏转、对仿真软件依赖性大、相控阵原理对缝隙单元的导通或截止难以指导的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中无法实现波束指向偏转、对仿真软件依赖性大、相控阵原理对缝隙单元的导通或截止难以指导的问题，本发明提出一种波束指向可调天线的方向图的计算方法及装置，能够不依赖仿真软件而实现对波束指向可调天线方向图的加权计算；同时可对各个关键参数进行全局优化，实现波束的快速切换。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种波束指向可调天线的方向图的计算方法，波束指向可调天线包括多个缝隙单元，该方法包括以下步骤：

S1，通过测量获取对应于单个缝隙单元的单缝波导的散射参量矩阵、并获取无缝波导的传输矩阵，根据单缝波导的散射参量矩阵和无缝波导的传输矩阵得到单个缝隙单元的等效传输矩阵；

S2，获取多种缝隙单元的排列与组合方式和表示各个缝隙导通或截止状态的波束指向调控码，并根据排列与组合方式、波束指向调控码、和单个缝隙单元的等效散射参量矩阵，得到波束指向可调天线的传输矩阵级联方式；以及

S3，获取左端激励的单缝波导的方向图和右端激励的单缝波导的方向图，并根据左端激励的单缝波导的方向图、右端激励的单缝波导的方向图和波束指向可调天线的传输矩阵级联方式得到波束指向可调天线的合成方向图。

根据本发明的一个实施例，步骤S1中通过测量获取单缝波导的总散射参量包括：通过对单缝波导进行二端口测试来获取单缝波导的散射参量矩阵。

根据本发明的一个实施例，步骤S2中的缝隙单元的排列与组合方式包括各个缝隙的间距、缝隙单元形式及其组合。

根据本发明的一个实施例，步骤S1中获取无缝波导的传输矩阵包括：获取无缝波导的等效传输线模型；以及根据无缝波导的等效传输线模型和传输线矩阵理论进行计算，得到无缝波导的传输矩阵。