[發明專利]一種應用于氣象信息傳輸的智能多向端射陣列天線

在審

• 申請號: 202011436204.1
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112751208A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 苗祥斌;王偉健;姚雷;顏佳任;劉瑞翔
• 申請（專利權）人: 連云港市氣象局
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q25/04;H01Q21/06;H01Q9/16;H01Q1/38;H01Q19/10
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

1.一種應用于氣象信息傳輸的智能多向端射陣列天線，其特征在于，天線的制作方法如下：

步驟1：選擇圓弧形偶極子作為天線單元，八個相同單元均勻分布在圓形基板上，基板材料為FR4，通過在基板中心放置圓環反射器，在HFSS仿真軟件中建模并進行優化，得到具體結構參數；

步驟2：組成陣列，計算遠場距離，并在遠場放置四個匹配好的接收天線；

步驟3：采用加權功率傳輸效率最大化方法是在功率傳輸效率最大化方法的基礎上引入加權矩陣；

步驟4：做出實物并進行實際測量，對比實測結果與仿真結果。

2.根據權利要求1所述的應用于氣象信息傳輸的智能多向端射陣列天線，其特征在于，所述步驟3中具體步驟如下：

N端口的發射天線陣列和M個測試接收天線構成一個功率傳輸系統，整個傳輸系統可以看成是一個N+M端口網絡，用(N+M)×(N+M)散射矩陣表示，如式(1)所示：

[a_t]＝[a₁,a₂,…,a_N]^T,

[a_r]＝[a_N+1,a_N+2,…,a_N+M],

[b_t]＝[b₁,b₂,…,b_N]^T,

[b_r]＝[b_N+1,b_N+2,…,b_N+M]

字母下標中't'、'r'分別代表發射天線陣列和接收天線陣列,特征向量[a_t]表示發射天線歸一化入射波，a₁,a₂,…,a_N分別表示1,2,…,N端口對系統的歸一化入射波，特征向量[a_r]表示接收天線歸一化入射波，a_N+1,a_N+2,…,a_N+M表示n+1,n+2,…，N+M端口對系統的歸一化入射波，特征向量[b_t]表示發射天線歸一化反射波，b₁,b₂,…,b_N分別表示1,2,…,N端口對系統的歸一化反射波，特征向量[b_r]表示接收天線歸一化反射波b_N+1,b_N+2,…,b_N+M，表示N+1,N+2,…,N+M端口對系統的歸一化反射波，上標T表示矩陣的轉置，S_tt表示發射陣列各單元之間的散射矩陣，S_tr表示各接收天線與發射天線陣列各單元之間的散射矩陣，S_rt表示發射陣列各單元到各接收天線之間的散射矩陣，Srr表示各接收天線的散射系數，假設整個傳輸系統匹配良好，則有[a_r]＝0，代入(1)式得

[b_r]＝[S_rt][a_t] (2)

為了使得每個波束增益可調，引入對角矩陣[W]＝diag(w₁,w₂,...,w_m)對系統中的[b_r]行加權，其中w₁,w₂,...,w_m為相應的測試天線n+1,n+2,…，N+M的權重系數

[b'_r]＝[W][b_n+1,b_n+2,...,b_n+m]^T

功率傳輸系統的傳輸效率定義為接收天線負載接收到的功率與發射天線的輸入功率的比值，用T_array表示

[A'][a_t]＝T_array[a_t] (4)

其中

[A']＝[S'_rt]^H[S'_rt]，

[S'_rt]＝[W][S_rt]，

[S_rt]為散射子矩陣，方程(2)中的最大特征值，即為傳輸效率T_array的最大值，而它對應的特征向量[a_t]即為整個系統傳輸效率最大時發射天線的最佳激勵分布。