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大規模MIMO陣列天線遠場輻射場的精確快速計算方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510344233.8

申請日:

2015.06.19

公開號:

CN104992001A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 17/50申請日:20150619|||公開
IPC分類號: G06F17/50 主分類號: G06F17/50
申請人: 中國人民解放軍信息工程大學
發明人: 陳國虎; 朱明林; 陳宏偉; 鐘州; 劉起坤; 黃開枝; 安娜; 楊梅樾; 韓乾; 陳丹
地址: 450002河南省鄭州市金水區儉學街7號
優先權:
專利代理機構: 鄭州大通專利商標代理有限公司41111 代理人: 陳大通
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510344233.8

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.01.23|||2015.11.18|||2015.10.21

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明屬于電磁數值計算領域,具體涉及大規模MIMO陣列天線遠場輻射的精確快速分析方法,包括:確定M×N元平面陣列天線的結構參數;求解單元天線入射場與散射場的關系;根據單元天線間的互耦特性,在陣列環境條件下選擇提取單元的子陣形式和規模;對于提取單元的天線子陣,求解子陣中單元遠場輻射方向圖;根據陣中單元遠場輻射方向圖,按照疊加原理計算陣列天線遠場輻射方向圖。本發明利用互耦計算的精確性,很好的解決了借助于矩量法、有限元法、時域有限差分等方法中存在的受單臺計算機的計算能力限制,當陣列天線規模過大時,全波仿真方法因內存和計算時間的巨大消耗而無法快速精確地實施天線輻射場的計算等問題,具有可以分析大型、共形陣列天線的方向圖,具有合成精度較高,分析速度快等優點。

權利要求書

權利要求書
1.  大規模MIMO陣列天線遠場輻射場的精確快速計算方法,其特征在于:該計算方法包括以下步驟:
步驟一:確定M×N元平面陣列天線的陣元間距參數dx,dy,其中dx是平面陣列天線x方向的陣元間距,dy是平面陣列天線y方向的陣元間距;
步驟二:求解單元天線入射場與散射場關系,關系式為:

步驟三:根據單元天線間的互耦特性,在陣列環境條件下選擇提取單元的子陣形式和規模,取子陣規模為p×q;
步驟四:對于p×q個單元的天線子陣,求解子陣中單元遠場輻射方向圖;
步驟五:計算M×N元平面陣列天線遠場輻射方向圖。

2.  根據權利要求1所述的大規模MIMO陣列天線遠場輻射場的精確快速計算方法,其特征在于:所述步驟二的具體方法為:
考慮平面波入射,將天線單元的入射場和散射場按照球面矢量波形式展開,則有


其中Mmn、Nmn表示球矢量波函數,散射場的球面矢量波系數可以通過單元天線的邊界條件確定;
ψmn表示球坐標中標量波函數,表達式如下:

其中,是球面第二類漢克爾函數,是勒讓德多項式;
空間總電場可以表示為基于矩量法模型,將天線輻射貼片劃分為若干網格單元,在每個網格區域外表面應用理想導體邊界條件,即可求得單元天線入射場與散射場之間的系數關系,即有

其中,下標j表示天線輻射貼片剖分后網格的編號。

3.  根據權利要求1所述的大規模MIMO陣列天線遠場輻射場的精確快速計算方法,其特征在于:所述步驟四的具體方法為:
假設單元天線的個數為p×q,取(除去第i個天線外的)p×q-1個天線的散射場作為第i個天線的入射場,即有以下關系式:

該入射場產生新的散射場,其表達式如下:

將新產生的散射場作為下一次迭代的入射場,則第v次迭代的入射場和散射場的表達式如下:

假設天線i存在入射場其余天線沒有激勵場,根據迭代散射理論,天線i的陣中單元總的輻射場是所有散射場之和:

將總場歸一化后可以得到陣中單元的遠場輻射方向圖


4.  根據權利要求1所述的大規模MIMO陣列天線遠場輻射場的精確快速計算方法,其特征在于:所述步驟五的具體方法為:
假設M×N陣列中每列中相鄰兩陣元之間的相位差為δy;每行中相鄰兩陣元之間的相位差為δx,由該單元組成的平面陣列天線遠區輻射場可表示為

An,Bm是陣列天線饋電端口激勵源的幅度比例系數。

關 鍵 詞:
大規模 MIMO 陣列 天線 輻射 精確 快速 計算方法
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