[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 |
| 地址： | 611731 四川省成*** | 國省代碼： | 四川;51 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 優化 近場 陣列 天線方向圖 綜合 方法 | ||
本發明提供一種基于凸優化的近場陣列天線方向圖綜合方法，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；步驟3.建立凸優化模型并求解得到天線陣列的激勵；本發明具有能生成輻射近場區成任意形狀、副瓣可控的方向圖和計算速度快的優點；可用于近場平面陣列天線的優化設計。
技術領域
本發明屬于天線技術領域，具體是一種基于凸優化的近場陣列天線方向圖綜合方法。
背景技術
不同于一般工作在輻射遠場區域的天線，對于某些特定場合，要求天線輻射的能量聚集在其近場區域的某一特定點或區域上，這就需要近場聚焦天線。針對近場天線的研究已經持續了很長時間。在特定區域具有高能量密度的近場聚焦天線不僅可以用于提高醫學與工業檢測系統的探測和成像能力，還能用于門禁系統、微波無線輸能系統、射頻識別系統以及微波無線電系統等方面，具有廣泛的應用前景和研究價值。
跟成熟的遠場方向圖綜合方法相比，近場去方向圖綜合方法較少，且大部分都集中在對點聚焦的研究上，如最初的直接把遠場的低副瓣綜合方法應用在近場，但這種辦法生成的副瓣電平不可控制；又如對整個陣列進行優化的最小均方差方法，但其計算量巨大，對于陣元數一般較大的近場陣列天線來講，針對所有陣元激勵的優化必然增大計算量，同時該方法也無法對方向圖主瓣的形狀進行控制。
發明內容
本發明針對上述現有的近場陣列天線方向圖綜合方法存在的難以控制波束形狀、副瓣電平較高且難以控制、計算時間長的問題，提出一種基于凸優化的在輻射近場區可生成任意波束形狀、具有可控的副瓣電平的高效算法。
為實現上述目的，本發明技術方案如下：
一種基于凸優化的近場陣列天線方向圖綜合方法，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；
步驟3.建立凸優化模型并求解得到天線陣列的激勵。
作為優選方式，步驟2進一步為：
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，rf是聚焦點位置，rn為第n個陣元的位置，an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，Fn(r)是第n個單元的歸一化輻射方向圖。
作為優選方式，步驟3進一步為：
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(rf1,rf2,…,rfM)，權重為(b1,b2,…,bM)，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
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