[发明专利]基于L1范数约束的近场稀布天线阵列优化方法

说明书

本发明提供一种基于L1范数约束的近场稀布天线阵列优化方法，包括以下步骤：步骤1.确定需要的近场稀布天线阵列方向图的指标参数；步骤2.采用L1范数约束理论对阵列单元位置和对应激励进行迭代求解；步骤3.每次迭代得到阵列激励后对其进行归一化，计算激励幅度大于给定值的阵元数目；步骤4.判断是否连续3次迭代的单元数目相等，若相等，则算法收敛，得到最终阵列拓扑与对应激励，本发明基于L1范数最小化，得到稀疏的近场天线阵列拓扑与对应激励，相比传统方法，其副瓣电平可控，同时解决了近场聚焦技术中的焦点偏移问题。

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别涉及稀布近场天线阵列的方向图赋型方法，具体涉及基于L1范数约束的稀布近场天线阵列的方向图赋型方法。

背景技术

由于辐射近场区波束赋型的宽广的应用范围，辐射近场区波束赋型技术得到了越来越多的关注。其具体的应用涵盖工业和医学等各个领域，包括微波成像、遥感、无线能量传输、射频识别、微波热疗等。一般来说，若要拥有更好的近场辐射特性，如更小的焦点大小、更低的副瓣以及形成负责形状的近场波束等性能，就意味着要有更大口径、更多天线单元的天线阵，以满足生成高性能近场波束的设计自由度的需求。但是，若采用传统的等间距布阵的方法，天线单元的数量庞大。同时传统的等间距布阵天线的近场综合方法直接借用远场的综合方法，如切比雪夫低副瓣幅度分布等。这种直接采用远场综合方法生成辐射近场区的方向图时会有误差，出现副瓣电平上抬、聚焦点位置往口径方向偏移等问题。

为了解决上述问题，可以通过非均匀布阵的天线阵增大天线阵列的口径以及设计自由度。但是，目前针对稀布近场天线阵列优化的方法较少。绝大部分文献中对于天线单元间距的选取借助于设计者的经验。这些经验方法的不具备普遍性，得到的阵列不一定是最稀疏，并且难以满足辐射近场区方向图赋型的需求。

综上所述，针对近场稀布天线阵列，如何高效地设计一组稀疏阵元位置以及阵列复激励的最优解，实现副瓣电平可控、无焦点偏移问题的是近场天线稀布阵列综合技术中要解决的关键问题。

发明内容

本发明针对上述的现有的近场稀布天线阵列优化算法无法准确控制辐射近场区方向图的副瓣电平，以及传统方法会出现焦点偏移的问题，提出一种基于L1范数约束的近场稀布天线阵列优化方法。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种基于L1范数约束的近场稀布天线阵列优化方法，包括以下步骤：

步骤1.确定需要的近场稀布天线阵列方向图的指标参数：根据给定的阵列口径大小的条件，设置一个阵元均匀分布的平面阵列，再确定所需要的辐射近场区焦点位置、波束宽度以及副瓣电平；

步骤2.采用L1范数约束理论求解阵列单元位置和对应激励

确定了需要的近场稀布天线阵列方向图的指标参数后，如下定义稀布阵列三维方向图赋型问题：考虑一个在步骤1中确定的有N个天线单元的平面阵列，其中第n个阵元所在位置为r_n，激励为w_n，归一化辐射方向图为F_n(r)，r＝(x,y,z)为辐射近场区的观测位置，有了以上假设后，近场天线阵列分析问题表示为

其中E为电场强度，λ为自由空间中的工作波长；

有了近场天线阵列的分析表达式后，考虑以下L1范数最小化的优化问题：

min||A^kw^k||₁

subject |to E(0,0,z₀)＝1

|E(x,y,z₀)|≤ρ_SL for(x,y)∈Ω_SL