[发明专利]一种用于设计M×N诺伦矩阵的新方法

说明书

本发明公开了一种用于设计M×N诺伦矩阵的新方法，诺伦矩阵包括移相器和耦合器，令移相器的值为，耦合器的散射矩阵为[S],从该散射矩阵[S]可以看出，每一个输入端口都隔离于其他的输入端口，为了能够设计出满足要求的诺伦矩阵，就是要求解出移相器和耦合器的参数。诺伦矩阵或者基于诺伦矩阵的馈电网络对于任意数目的天线（输出端口）和辐射波束（输入端口）有着更方便、更具拓展性的优势。本发明所公开用于设计M×N诺伦矩阵的新方法更简洁而且更适合于编程计算。

技术领域

本发明属于矩阵方程组及网络领域，特别涉及该领域中的一种用于设计M×N诺伦矩阵的新方法。

背景技术

近几十年来对多波束天线的探索一直属于研究的前沿领域，该领域的发展主要源于对波束形成矩阵的研究。一个多波束天线是一个由多输入多输出波束形成网络(矩阵或者透镜)馈电的线性天线阵列。波束形成网络提供给天线阵列具有合适幅值和相位的激励，同时每一个波束形成网络的输入端口在空间上对应着一个离散辐射波束。因此，在发射模式下，多个独立波束从一个孔径通过波束形成输入端口的顺序激励而产生；另一方面，所有的波束在接收模式下同时可用。多波束天线在卫星通信领域得到了广泛的应用，而且其还应用在了雷达和电子战系统以及点对多点地面通信系统中。

一般来说，多波束天线根据馈电方式的不同主要分为两类：并行馈电和串行馈电。目前应用最广泛的波束形成矩阵是巴特勒矩阵、布拉斯矩阵和诺伦矩阵。巴特勒矩阵是一种并行多波束馈电方式，而布拉斯矩阵和诺伦矩阵则是串行馈电方式；巴特勒矩阵通常要设计为相同数量的输入和输出端口，而布拉斯矩阵和诺伦矩阵则一般设计成不同数量的输入和输出端口。

尽管巴特勒矩阵得到了极大的关注，人们对其作了大量的研究工作，并且巴特勒矩阵也应用在了广泛的领域。但是近些年的研究表明诺伦矩阵或者基于诺伦矩阵的馈电网络对于任意数目的天线(输出端口)和辐射波束(输入端口)有着更方便、更具拓展性的优势。但是目前对于诺伦矩阵的研究中，有的设计方法实际上很复杂，有的设计在编程计算时就不是很实用，所以能够找到一种更简洁而且更适合于编程计算的诺伦矩阵设计方法就显得至关重要了。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于设计M×N诺伦矩阵的新方法。

本发明采用如下技术方案：

一种用于设计M×N诺伦矩阵的新方法，其改进之处在于：

诺伦矩阵包括移相器和耦合器，令移相器的值为耦合器的散射矩阵为[S]，如公式(1)所示，从该散射矩阵[S]可以看出，每一个输入端口都隔离于其他的输入端口，为了能够设计出满足要求的诺伦矩阵，就是要求解出移相器和耦合器的参数；

输入端口和输出端口分别用a₁,a₂,…,a_M和b₁,b₂,…,b_N表示，a_mn和f_mn表示在网络中每一点处的电场值，a_mn表示对于连接两个耦合器的点或者对于一个输入端口的点处的电场值，f_mn表示对于连接一个耦合器和一个移相器的点或者对于一个输出端口的点处的电场值，那么有F_mn如公式(2)所示，即F_mn中的元素是第m行移相器上方点处的电场值；

F_mn＝[f_m1 f_m2 …f_mn]^T (2)

令表示输入矢量，其长度为M，其中的元素是各输入端口的电场值；表示输出矢量，其长度为N，其中的元素是各输出端口的电场值，那么输入矢量和输出矢量的表达式如公式(3)和(4)所示：