[發明專利]基于稀疏2D線性陣列的渦旋電磁波產生與優化方法

有效

• 申請號: 201910458000.9
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110069896B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 王洋;楊冬華;廖希
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;H01Q21/00;H01Q21/22;G06N3/126
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.基于稀疏2D線性陣列的渦旋電磁波產生與優化方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

第一步，2D線性陣列構型設計及推導方向圖函數；

2D線性陣列由多個一維線性陣列等間距組成，每個一維線性陣列中均勻分布有多個等間距排布的天陣單元且所有天線單元的天線極化方向相同；推導2D線性陣列的輻射方向圖函數表達式，其中2D線性陣列上所有陣元按順時針或逆時針方向向元件添加遞增相位激勵方式；

第二步，建立2D線性陣列稀疏模型；

根據第二步定義的方向圖函數，設置加權系數矩陣，建立2D線性陣列的稀疏模型；在圓形陣列產生OAM波的基礎上，推導出2D線性陣列生成OAM波方向圖函數；

第三步，定義目標函數；

根據期望的方向圖主瓣指向角度和最高旁瓣電平定義OAM波優化的目標函數；

第四步，陣元方位優化，根據第三步定義的目標函數，采用遺傳算法優化，求解出最優的陣列方位；

所述2D線性陣列中，以陣列左上角的陣列元素為參考點，沿著x軸方向分布著n行柵格，其行間距為d，沿著y軸方向分布著m行柵格，其列間距為d；

所述第一步中，2D線性陣列上天線單元激勵信號相位依次設定為其中l表示軌道角動量模式數，那么得到2D線性陣列的輻射方向圖表達式為

其中，I_ik表示第(x_i,y_k)個天線單元的信號振幅，表示x軸方向分布的天線單元的位置，表示y軸方向分布的天線單元的位置；表示第(x_i,y_k)個天陣單元的方位角；θ表示俯仰角；表示方位角；

所述第二步中，稀疏后的2D線性陣列的輻射方向圖表示為

其中，T_ik表示天線單元的工作狀態。

2.根據權利要求1所述的基于稀疏2D線性陣列的渦旋電磁波產生與優化方法，其特征在于：所述第三步中，根據最大旁瓣電平MSLL的定義，取方位向方向圖最大旁瓣電平和俯仰向方向圖最大旁瓣電平之和為適應度函數：

其中S₁是θ＝θ₀處方位角的旁瓣間隔，假設方向圖主瓣的零功率點為則S₂是φ＝φ₀處方位角的旁瓣間隔，假設方向圖主瓣的零功率點為2ψ₀，則S₂＝{θ|θ_min≤θ≤θ₀-ψ₀∪θ₀+ψ₀≤θ≤θ_max}；OAM波產生優化的目標函數CF定義為：

其中min表示取最小值，通過優化天線的位置T找到最小的MSLL值；期望能夠降低OAM波束的SLL，使功率收斂到主方向。

3.根據權利要求2所述的一種基于稀疏2D線性陣列的OAM波產生與優化方法，其特征在于：通過對天線陣列構型的優化，OAM波束的SLL從-11.56dB降低到-19.76dB，且功率收斂到主方向。