[發明專利]陣列天線中的低旁瓣波束設計方法

有效

• 申請號: 202010199197.1
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111400919B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 任光亮;丁晟;王奇偉
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H01Q21/00;G06F111/04
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

1.一種陣列天線中的低旁瓣波束設計方法，其特征在于，包括如下：

(1)根據物理天線陣列結構，結合用戶方位角度信息，得到初始的天線加權矢量p，計算出用戶的初始波束F；

(2)根據初始波束F，得到所要設計的目標低旁瓣波束β；

(3)設計新的天線加權矢量w，使得該天線加權矢量對應的信號波束逼近目標低旁瓣波束β，即使得設計波束與目標波束的均方誤差最小，達到降旁瓣的效果:

其中，A為天線陣列導向矩陣，||·||²為求二范數操作，(·)^H為共軛轉置；

(4)在逼近目標波束即降旁瓣的同時，給主瓣加上如下約束，以保證波束主瓣增益：

w^Ha(θ_k)＝α 2

其中，θ_k為用戶的主瓣指向，1≤k≤M，M為天線陣列平面內總的角度個數，a(θ_k)為天線陣列在θ_k角度對應的陣列導向矢量，α為主瓣的增益約束；

(5)結合式1和式2，構建出最終的優化問題：

(6)對式3的優化問題求解得到最佳的天線加權矢量w'，由天線加權矢量w'和天線陣列導向矩陣A，求得所設計的低旁瓣波束Q：

Q＝(w')^HA 4。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，(1)中得到初始的天線加權矢量p，和計算出用戶的初始波束F，分別表示如下；

p＝a(θ_k)

F＝p^HA＝[F(θ₁),…,F(θ_k),…,F(θ_M)]

其中，a(θ_k)為角度θ_k對應的導向矢量，A表示天線陣列導向矩陣，F(θ_k)表示用戶k波束在角度θ_k的對應取值，1≤k≤M。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，(2)中得到的目標波束β，表示如下：

β＝[γF(θ₁),…,F(θ_i),…,F(θ_k),…,F(θ_r),…,γF(θ_M)]

其中，用戶的主瓣覆蓋角度區域為(θ_i,…,θ_k,…,θ_r)，θ_i為平面內第i個角度，θ_r為平面內第r個角度，1＜i＜k＜r＜M，γ為降旁瓣區域的波束增益縮小倍數，0＜γ＜1。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，(5)中求解優化問題，具體實現如下：

5.1)設優化問題3對應的拉格朗日函數為：

L(w,g)＝||w^HA-β||²+(w^Ha(θ_k)-α)g

其中，g為拉格朗日乘子向量；

5.2)取w的共軛向量w^*，將L(w,g)對w^*求偏導并置零：

其中，(·)^*表示去共軛操作；

5.3)由(5.2)得到最佳波束賦形矢量為w'

其中，R_s＝AA^H,R_d＝Aβ^H；

將w'代入式2中，求得拉格朗日乘子向量g

5.4)將g代入w'中，根據波束賦形矢量w'和天線陣列導向矩陣A，即可得到最終設計出的低旁瓣波束為：

Q＝(w')^HA。