[发明专利]用于缓解宽带相控阵天线中波束偏斜效应的模拟波束成形方法

说明书

提供了一种波束控制方法，以解决发送宽带信号时相控阵天线中发生的偏斜效应。波束控制权重是基于优化而计算的，所述优化考虑了感兴趣带宽内的一组频率下的性能，所述一组频率至少包括所述带宽的端点和设计频率。

相关申请的交叉引用

本申请要求序列号为17/066,615且于2020年10月9日提交的题为“用于缓解宽带相控阵天线中波束偏斜效应的模拟波束成形方法”的美国非临时专利申请的利益和优先权。

技术领域

本申请大体上涉及无线通信，并且更具体地涉及模拟波束成形方法。

技术领域

本申请大体上涉及无线通信，并且更具体地涉及模拟波束成形方法。

背景技术

毫米波(mmWave)通信被认为是一种有前途的技术，可以在5G和未来几代无线通信中支持非常高的数据速率。关于相控阵天线的模拟波束成形是一种低成本、低复杂度的毫米波频率无线通信技术。相控阵天线系统可以通过延时或移相器实现。当移相器用于波束控制时，波束的方向与频率有关。因此，在宽带系统中，不同频率的波束聚焦角度会有所不同，这种效应被称为“波束偏斜”。

在波束偏斜情况下，波束峰值仅在设计频率f₀下被控制到所需角度。然而，对于高于f₀的频率，波束峰值角度相对于所需角度减小，而对于低于f₀的频率，波束峰值角度相对于所需角度增加。对于f₀以外的频率，这会导致所需转向角下的功率损失。例如，考虑设计为f₀＝25.85GHz、以θ₀＝30°(仰角)和(方位角)控制、在f＝24.25-27.45GHz下工作的32×32均匀矩形阵(uniform rectangular array，URA)。可以看出(通过数学等式和模拟)，在f_min＝24.25GHz时，波束峰值角度增加到θ＝32.21°和此外，在f_max＝27.45GHz时，波束峰值角度降低到θ＝28.09°和此波束偏斜导致所需角度下的14dB功率损耗，在f_min和f_max时，

波束偏斜随着带宽的增加而增加，还随着瞄准线所需转向角的增大而增大。真延时(true time delay，TTD)是一种常用于对抗相控阵雷达系统中波束偏斜效应的硬件解决方案。参见2012年7月的2012IEEE国家航空航天和电子会议(national aerospace andelectronics conference，NAECON)中M.Longbrake的“雷达的真延时波束控制(True time-delay beamsteering for radar)”。然而，由于电路比较复杂、实现成本高、体积大、功耗过高，这种解决方案在无线通信中是不受欢迎的。