[发明专利]阵列天线模拟多波束赋形方法

摘要

本发明公开了阵列天线模拟多波束赋形方法，属于阵列信号处理技术领域，提供了4种多波束赋形方法，适用于高频段定向通信，相控雷达多方向检测，分别是：(1)在给定2个方向波束增益需求的比例时，进行相位控制波束赋形；(2)在给定2个方向波束增益中其中1个的下确界时，进行相位控制波束赋形；(3)在给定K个方向波束增益需求的比例时，进行联合相位幅度控制波束赋形；(4)在给定K个方向波束增益权重因子时，进行相位控制波束赋形。以上四种方法分别在不同场景需求下，实现了低复杂度的毫米波波束赋形，使得毫米波通信中的阵列天线能够同时瞄准多个方向，同时获得多个方向上的阵列增益，以满足多个终端设备同时接入的需求。

主权项

1.一种阵列天线模拟多波束赋形方法，其特征在于，阵列天线共用同一个射频，该方法为天线设定不同的权重系数，使得天线阵列在不同的方向上同时获得增益；设天线个数为N；波束赋形向量为w，也就是各天线的权系数向量；给定用户所处方向对应发射角的余弦值为Ω_k,k＝1,2,…,K，K为用户总数，为用户k设置的转向向量为a_k；

包括如下四种情况：

情况1：在给定2个方向波束增益需求的比例时，进行相位控制波束赋形；

对于情况1，设置波束赋形向量中各分量幅度相等，引入中间变量α构建优化问题，优化问题的目标是求取使得α最小的波束赋形向量，条件需满足：用户1和用户2的和满足给定的比例要求，各天线的权重系数的绝对值均不大于α；在求解时，先通过相位旋转使得是实数，然后再搜索的最优方向，求取最优解；其中，a₁、a₂分别是用户1和用户2的转向向量，上角标H表示共轭转置；

情况2：在给定2个方向波束增益中其中1个的下确界时，进行相位控制波束赋形；

对于情况2，设置波束赋形向量中各分量幅度相等，优化问题的目标是求取使得最大的波束赋形向量，条件还需满足：用户的波束增益满足给定的下确界要求；情况3：在给定K个方向波束增益需求的比例时，进行联合相位幅度控制波束赋形；

对于情况3，设计优化问题为：针对每一个用户k，找到一个波束赋形向量，使得在该波束赋形下其他用户的波束增益均为0，最大化该用户方向上的增益，在求解时满足波束赋形向量总功率||w||≤1的条件；最后，将求取的各用户的波束赋形向量，与各用户的波束增益需求比例相乘后叠加，获取最终的波束赋形向量；情况4：在给定K个方向波束增益权重因子时，进行相位控制波束赋形；

对于情况4，设置波束赋形向量各分量的幅度相等，求取使得K个用户的波束增益的加权和最大的波束赋形向量，各用户的波束增益的权重为给定的权重因子。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的情况1下，具体进行相位控制波束赋形的方法是：

设给定用户1和用户2两个方向的波束增益需求的比例为仅进行相位控制，设置波束赋形向量中各分量幅度相等，表示为引入的中间变量α设计如下优化问题：

Subject to|[w]_i|≤α；i＝1,2,…,N

其中，a₁、a₂分别是用户1和用户2的转向向量，上角标H表示共轭转置；

通过相位旋转使得是实数，设相位旋转量为然后在此基础上搜索的最优方向，将上述优化问题转化为：

Subject to|[w]_i|≤α；i＝1,2,…,N

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