[发明专利]一种用于实现线阵天线无零陷落波束的赋形方法及系统

说明书

本发明涉及一种用于实现线阵天线无零陷落波束的赋形方法及系统，其特征在于，包括以下内容：1)根据天线单元工作频率的波长，将N个天线单元布设为一定阵元间距的天线线阵，得到初始天线方向图；2)设定初始天线方向图的期望无零陷程度条件，并采用半数泰勒分布法，得到该条件下服从泰勒分布的随机数序列；3)将得到的随机数序列中的前N个随机数分别作为初始天线方向图中对应天线单元的激励电平幅度值，并采用有限元分析法进行全波仿真分析，生成无零陷波束的天线方向图，本发明可以广泛应用于5G基站天线领域中。

技术领域

本发明是关于一种用于实现线阵天线无零陷落波束的赋形方法及系统，属于5G基站天线领域。

背景技术

随着5G同心和物联网工程的发展，移动通信设备成为人们日常生活、工作和学习中不可或缺的元素，也可以说，移动通信设备的通信质量严重影响着人们的日常生活。在蜂窝移动通信系统中，基站天线的天线方向图的优劣严重影响着小区内信号的载干比，从而在某种程度上影响话务质量。

基站天线的辐射天线方向图呈花瓣状，由于电磁波远距离衰弱现象，其中辐射强度最高的主瓣总是向小区内最远的地方辐射，如图1所示，辐射在基站塔附近的多零陷旁瓣导致塔下覆盖电平低而造成用户容易掉话的“塔下黑”现象。天线方向图零陷，是指天线方向图增益上的最低点，位于天线方向图主瓣与旁瓣之间以及旁瓣与旁瓣之间，严重影响信号传输质量。“塔下黑”又称“塔下阴影”，是指需要覆盖的用户区处在天线辐射天线方向图下方第一个零深或第二个零深及其附近区域。为防止“塔下黑”现象的发生，研究人员致力于研究实现无零陷波束的赋形方法，通过控制相控阵中各单元的激励幅度和相位实现零陷填充，现有技术中最常用的方法包括Woodward-Lawsonn(伍德沃德-劳森)天线方向图多点采样法和Orchard(奥查德)天线方向图根处理法，通过找出的天线方向图零陷位置将场强天线方向图进行因式分解，展开后的各次项系数即为阵元激励系数；最常用的方法还包括布伦特方法和天线方向图优化方法，其中，天线方向图优化方法例如遗传算法、粒子群算法等。

然而，Woodward-Lawsonn天线方向图多点采样法需要对天线方向图进行多点采样；Orchard天线方向图根处理法需要对天线方向图进行根处理，计算过程复杂；布伦特方法对天线方向图旁瓣的抑制作用较明显，对天线方向图零陷填充作用不甚明显；而天线方向图优化算法需要计算数量庞大的天线方向图，再以一定的适应度函数优中选优，得到最终的天线方向图，计算数量巨大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种计算量小且零点填充效果好的用于实现线阵天线无零陷落波束的赋形方法及系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于实现线阵天线无零陷落波束的赋形方法，包括以下内容：

1)根据天线单元工作频率的波长，将N个天线单元布设为一定阵元间距的天线线阵，得到初始天线方向图；

2)设定初始天线方向图的期望无零陷程度条件，并采用半数泰勒分布法，得到该条件下服从泰勒分布的随机数序列；

3)将得到的随机数序列中的前N个随机数分别作为初始天线方向图中对应天线单元的激励电平幅度值，并采用有限元分析法进行全波仿真分析，生成无零陷波束的天线方向图。

进一步地，所述步骤2)的具体过程为：

2.1)设定初始天线方向图的期望无零陷程度条件；

2.2)在设定的期望无零陷程度条件下，采用半数泰勒分布法中的随机数生成法，根据初始天线方向图，得到服从泰勒分布的2N个泰勒随机数，并进行加权计算，构成随机数序列。

进一步地，所述步骤2.1)中的期望无零陷程度条件包括初始天线方向图的旁瓣电平抑制度和阵元数目。

进一步地，所述旁瓣电平抑制度设定为-60。