[发明专利]一种减少天线阵列综合问题中设计参数数目的线性化方法

说明书

本发明提供了一种减少天线阵列综合问题中设计参数数目的线性化方法，将天线阵列的端口激励设计参数的振幅‑相位形式转换为实部‑虚部形式；根据天线阵列在某一方向的实部‑虚部形式的期望阵因子，结合该某一方向的实际阵因子，建立天线阵列的非线性方程组；设定参数向量对天线阵列的非线性方程组进行等价处理，得到天线阵列的关于参数向量和端口激励设计参数的线性方程组；根据天线阵列的设计要求，求解出满足天线阵列的设计要求的端口激励设计参数本发明的有益效果是：降低了天线阵列综合问题的复杂度，减少了与天线阵列规模相关的端口激励参数的设计参数数目，进而减少了计算成本，提高了天线阵列的设计效率。

技术领域

本发明涉及电子信息领域，尤其涉及一种减少天线阵列综合问题中设计参数数目的线性化方法。

背景技术

在天线设计领域中，大规模天线阵列设计是一个热门话题，阵列综合设计问题为：给定期望的波束方向图为求解阵列单元布局和端口激励使阵列方向图与期望的方向图匹配；其中：N表示辐射方向离散化数目，θ_i,φ_i均表示俯仰方位角度。阵列综合设计问题建模成优化问题，描述如下：其中，为优化目标函数，例如天线阵列方向图综合中期望的方向图与实际设计所得方向图的误差函数；为约束条件，例如天线阵列综合中旁瓣电平、零点；和分别为端口激励和阵列单元布局，为参数空间。

在阵列综合优化问题中，端口激励和阵列单元布局为设计参数；阵列综合设计问题是一类复杂优化问题，具有非线性和参数多，甚至维灾等问题，给实际的天线阵列布局带来了很大的困难，因此需要研究一种方法来解决天线阵列的设计参数较多的问题。

发明内容

为了解决上述问题，在阵列单元布局的情况下，本发明提供了一种减少天线阵列综合问题中设计参数数目的线性化方法，主要包括以下步骤：

S1：将天线阵列的端口激励设计参数的期望阵因子的振幅-相位形式转换为实部-虚部形式；

S2：根据天线阵列在某一方向的实部-虚部形式的期望阵因子，结合该某一方向的实际阵因子，建立天线阵列的非线性方程组；

S3：设定参数向量对天线阵列的非线性方程组进行等价处理，得到天线阵列的关于参数向量和端口激励设计参数的线性方程组；

S4：根据天线阵列的设计要求，除所述某一方向的期望为非零期望值外，其他方向的期望均为零；线性方程组中参数向量和端口激励设计参数一一对应，将求解天线阵列的端口激励设计参数的问题转换求解参数向量的问题，以试凑法给定参数向量求解出满足天线阵列的设计要求的端口激励设计参数即得到实际天线阵列的排列布局。

进一步地，在步骤S1中，天线阵列在某一方向的阵因子的振幅-相位形式如公式(1)所示：

其中，为导向向量，θ和分别表示导向向量在三维坐标系中两个不同平面上的方位角；H表示矩阵的共轭；表示端口激励；λ表示波长；为第i个阵列单元的位置向量、、，i＝1,2,...,N；N为大于1的正整数，表示阵元数目；表示方向的方向向量，该方向向量为单位向量；表示阵列单元辐射方向图；

将天线阵列的阵因子端口激励的振幅-相位形式转换为实部-虚部形式后的阵因子如公式(2)所示：

其中，R(f)表示阵因子的实部，I(f)表示阵因子的虚部；为端口激励设计参数，且：

和分别为端口激励的实部和虚部，和分别为导向向量的实部和虚部。