[發明專利]基于凸優化的近場陣列天線方向圖綜合方法

有效

• 申請號: 201810241246.6
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108446504B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 程鈺間;黃子軒;吳亞飛;樊勇;宋開軍;林先其;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

1.一種基于凸優化的近場陣列天線方向圖綜合方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1.確定主瓣形狀、需進行副瓣控制的位置范圍和峰值副瓣電平；

步驟2.基于點聚焦平面天線陣列建立輻射近場區的輻射模型；

近場聚焦平面陣列采用均勻布陣形式，共有N個陣元，其焦點與平面天線的距離為z，則近場電場強度被表示為：

其中r是近場觀測點位置，r_f是聚焦點位置，r_n為第n個陣元的位置，a_n是第n個單元的復激勵，其相位值由焦點位置決定，而幅度以需求的副瓣電平對應的遠場切比雪夫或者泰勒低副瓣錐削作為初值；λ是自由空間中的工作波長，F_n(r)是第n個單元的歸一化輻射方向圖；

步驟3.建立凸優化模型并求解得到天線陣列的激勵

近場區域任意形狀方向圖的形成看作由M個不同聚焦位置的近場聚焦波束疊加生成，其焦點位置為(r_f1,r_f2,…,r_fM)，權重為(b₁,b₂,…,b_M)，M通過待生成方向圖的主瓣寬度與點聚焦的3dB波束寬度的關系得到，具體的有

其中2B_Sx0.5與2B_Sy0.5是待生成方向圖x、y維度的3dB波束寬度，2B_y0.5與2B_y0.5則是點聚焦的3dB波束寬度，此時有M＝M_x×M_y；值得提出的是，聚焦點位置不同的點聚焦方向圖的波束寬度實際上不相等但差別不大，本方法將其當做相等來處理；

此時待生成的任意形狀近場方向圖被表示為：

對方向圖所在平面進行離散，假設離散后共有K個觀測點r_ok,k＝1,…,K，此時E_nf寫為以下的矩陣形式：

E_nf＝uAP

其中

u＝(b₁,b₂,...,b_M)

將E_nf歸一化后，凸優化問題表示為：

其中||·||₂表示取二范數，E_{nf_ml}和E_{nf_sl}分別為E_nf的主瓣和副瓣部分，M_ml是待生成方向圖的主瓣約束，M_sl是待生成方向圖的副瓣約束，主瓣部分采用均勻采樣，其觀測點數為K₁，針對副瓣部分，為簡化說明，以一維為例，在x0與x0的副瓣部分采樣方式如下

其中x_neg_t與x_pos_p分布表示x0與x0副瓣區域觀測點的位置，t＝1,…,T，p＝1,…,P，sl_neg與sl_pos分別表示為近場x0與x0副瓣區域的開始位置，副瓣區域觀測點數為K₂＝T+P，且有K＝K₁+K₂；

采用凸優化求解器對該問題進行求解得到u，陣列的激勵I則通過I＝uA得到。