一种基于截断振幅流的天线相位恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种基于截断振幅流的天线相位恢复方法，所述相位恢复算法包括：S1：对天线的电场和波谱的积分方程进行离散，得到离散结果；S2：根据所述离散结果，得到矩阵方程；S3：根据所述矩阵方程，利用截断振幅流算法进行相位恢复，得到恢复结果。本发明专利技术所提供的基于截断振幅流的天线相位恢复方法，可以稳定地进行相位恢复，算出准确的波谱和近场相位分布，从而得到天线的准确方向图。

【技术实现步骤摘要】
一种基于截断振幅流的天线相位恢复方法
本专利技术涉及天线测量
，具体涉及一种基于截断振幅流的天线相位恢复方法。
技术介绍
平面近场天线测量一般是在暗室中放置待测天线，然后在距离天线口面3到10个波长的一个平面上扫描获取天线的近区电磁场分布，再经过近远场变换算法得到天线的远场特性。近场测量需要的场地较小而且精度很高。随着毫米波和太赫兹等技术的进一步开发，工作在相应频段的天线也越来越多。但是由于频率太高，测量时很难准确得到近场数据的相位值，此时往往需要采用无相位平面近场测量技术。电磁场中采用的无相位测量技术大量借用了光学中的相位恢复技术，比如最典型的技术为Gerchberg-Saxton方法(或者称为迭代傅里叶变换方法)。该方法针对如图所示两个平面上测量的电场振幅，通过如图2的迭代过程算出电场的相位分布。该方法首先给出第一个平面上电场的初始相位，结合测量的振幅，作FFT后得到波谱。然后根据波谱算出第二个面上的电场，用测量的振幅替换掉计算出的振幅，作FFT得到新的波谱。再由此波谱算第一个面上的电场，直到两次迭代的差别小于某个门限值为止。该方法在光学应用中效果很好，但是在电磁学中使用时迭代过程常常不收敛。原因在于测量平面不可能无限大，总会存在截断。由于光在测量时衍射效果很弱，对于测量平面的截断在波谱的计算中不会引入明显的误差，因此上述算法的系统误差较小，迭代过程中出现误差累积放大的可能性很低。但是电磁场的波长远远大于光，衍射效果很强。对于测量平面进行截断时必然引入误差，此误差在迭代过程中有很大可能性会累积放大，导致迭代过程不收敛。大量数值仿真和实测都表明，Gerchberg-Saxton方法对电磁场进行相位恢复时的稳定性不够。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于截断振幅流的天线相位恢复方法，可以稳定地进行相位恢复，算出准确的波谱和近场相位分布，从而得到天线的准确方向图。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：本专利技术提供一种基于截断振幅流的天线相位恢复方法，所述相位恢复算法包括：S1：对天线的电场和波谱的积分方程进行离散，得到离散结果；S2：根据所述离散结果，得到矩阵方程；S3：根据所述矩阵方程，利用截断振幅流算法进行相位恢复，得到恢复结果。可选择地，所述步骤S1中，所述积分方程为：其中，是测得的切向电场矢量，(x,y,d1)是测量平面上任意一点的坐标，j表示复数虚部，kx,ky,kz为直角坐标系下的矢量波数的三个分量，是待测天线的波谱的切向分量，d1表示测量平面到天线口面的距离。可选择地，所述步骤S1中，所述离散结果包括：其中，表示测量的切向电场，分别表示平面上任意一点的坐标(x,y,d1)的x和y，整数m,i∈[-M,M]，n,l∈[-N,N]，a和b分别表示测量面的坐标范围，d1表示测量平面距离口面，表示变量为j[π(m-M)+π(n-N)]的指数函数，j表示复数虚部，表示波谱，表示变量为的指数函数，kz表示波矢量的z分量，表示变量为的指数函数。可选择地，所述离散结果表示为：其中，矩阵C中的元素对应所述离散结果中的指数函数矩阵中F的元素对应所述离散结果中的指数函数矢量b1中的元素对应测量的切向电场d1表示测量平面到天线口面的距离，矢量x的元素对应波谱j表示复数虚部，整数m,i∈[-M,M]，n,l∈[-N,N]，a和b分别表示测量面的坐标范围。可选择地，由于测量的电场没有相位，因此将相位恢复问题抽象为矩阵形式，所述步骤S2中，所述矩阵方程包括：y＝|AHx|其中，其中y表示测量的电场的幅值，未知量x表示待测天线的波谱，AH＝CF表示由波谱到某一个测量面上的电场的变换矩阵。可选择地，所述步骤S3包括以下分步骤：S31：建立简单矩阵；S32：根据所述简单矩阵，得到所述截断振幅流算法的迭代初始值；S33：将所述迭代初始值代入迭代模型中进行迭代，得到迭代结果；S34：判断所述迭代结果是否小于预设门限值，若是，进入步骤S35；否则，返回步骤S33；S35：将所述迭代结果作为所述恢复结果输出。可选择地，所述步骤S31中，所述简单矩阵为：其中，D表示简单矩阵，ac表示变换矩阵A的第c列矢量，表示ac的共轭转置矩阵，I0是由{yc/||ac||}对应的从大到小的索引集，yc为矩阵y的第c个分量。可选择地，所述步骤S32中，所述迭代初始值为：其中，表示所述矩阵方程的一个粗略解，表示简单矩阵D的最大特征值对应的特征向量，c和C为整数,yc为矩阵y的第c个分量。可选择地，所述步骤S33中，所述迭代模型为：其中，t表示迭代次数，表示所述矩阵方程第t次迭代的解，表示所述矩阵方程第t+1次迭代的解，c为整数，ac表示变换矩阵A的第c列矢量，表示ac的共轭转置矩阵，yc为矩阵y的第c个分量γ为截断阈值，t为迭代次数，μ>0为步长，It+1＝{1,2,...,m}是第t+1次迭代时由{yc/||ac||}对应的从大到小的索引集。可选择地，在所述步骤S3之后，所述相位恢复算法还包括：S4：根据所述恢复结果，计算所述天线的近场分布和方向图。本专利技术具有以下有益效果：通过本专利技术所提供的实施例，即先对天线的电场和波谱的积分方程进行离散，得到离散结果，然后根据所述离散结果，得到矩阵方程，最后根据所述矩阵方程，利用截断振幅流算法进行相位恢复，得到恢复结果。可以稳定地进行相位恢复，算出准确的波谱和近场相位分布，从而得到天线的准确方向图。附图说明图1为本专利技术实施例所提供的基于截断振幅流的天线相位恢复方法的流程图；图2为图1中步骤S3的分步骤流程图；图3为本专利技术实施例所提供的基于截断振幅流的天线相位恢复方法中天线近场测量图；图4为本专利技术实施例所提供的基于截断振幅流的天线相位恢复方法和现有技术中相位恢复算法的收敛曲线对比图；图5为本专利技术实施例所提供的基于截断振幅流的天线相位恢复方法中距离喇叭天线口面0.2m处电场主极化分量的振幅，依次为参考值、现有技术的结果和本专利技术方法的结果；图6为本专利技术实施例所提供的基于截断振幅流的天线相位恢复方法中d＝0.2m处电场主极化分量的相位，依次为参考值、现有技术的结果和本专利技术方法的结果；图7为本专利技术实施例所提供的基于截断振幅流的天线相位恢复方法中喇叭的E面方向图；图8为本专利技术实施例所提供的基于截断振幅流的天线相位恢复方法中喇叭的H面方向图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：本专利技术提供一种基于截断振幅流的天线相位恢复方法，参考图1所示，所述相位恢复算法包括：S1：对天线的电场和波谱的积分方程进行离散，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于截断振幅流的天线相位恢复方法，其特征在于，所述相位恢复算法包括：/nS1：对天线的电场和波谱的积分方程进行离散，得到离散结果；/nS2：根据所述离散结果，得到矩阵方程；/nS3：根据所述矩阵方程，利用截断振幅流算法进行相位恢复，得到恢复结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于截断振幅流的天线相位恢复方法，其特征在于，所述相位恢复算法包括：
S1：对天线的电场和波谱的积分方程进行离散，得到离散结果；
S2：根据所述离散结果，得到矩阵方程；
S3：根据所述矩阵方程，利用截断振幅流算法进行相位恢复，得到恢复结果。


2.根据权利要求1所述的基于截断振幅流的天线相位恢复方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述积分方程为：



其中，是测得的切向电场矢量，(x,y,d1)是测量平面上任意一点的坐标，j表示复数虚部，kx,ky,kz为直角坐标系下的矢量波数的三个分量，是待测天线的波谱的切向分量，d1表示测量平面到天线口面的距离。


3.根据权利要求2所述的基于截断振幅流的天线相位恢复方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述离散结果包括：



其中，表示测量的切向电场，分别表示平面上任意一点的坐标(x,y,d1)的x和y，整数m,i∈[-M,M]，n,l∈[-N,N]，a和b分别表示测量面的坐标范围，d1表示测量平面到天线口面的距离，表示变量为j[π(m-M)+π(n-N)]的指数函数，j表示复数虚部，表示波谱，表示变量为-jkzd1的指数函数，kz表示波矢量的z分量，表示变量为的指数函数。


4.根据权利要求3所述的基于截断振幅流的天线相位恢复方法，其特征在于，所述离散结果表示为：



其中，矩阵C中的元素对应所述离散结果中的指数函数矩阵中F的元素对应所述离散结果中的指数函数矢量b1中的元素对应测量的切向电场d1表示测量平面到天线口面的距离，矢量x的元素对应波谱j表示复数虚部，整数m,i∈[-M,M]，n,l∈[-N,N]，a和b分别表示测量面的坐标范围。


5.根据权利要求4所述的基于截断振幅流的天线相位恢复方法，其特征在于，由于测量的电场没有相位，因此将相位恢复问题抽象为矩阵形式，所述步骤S2中，所述矩阵方程包括：
y＝|AHx|
其中，其中y表示测量的电场的幅值，未知量...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁浩波，鲁榄埔，陈鑫伟，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61