【技术实现步骤摘要】
全息天线波束赋形、副瓣波束相消、带宽调制方法及系统
[0001]本专利技术涉及到一种全息天线波束赋形、副瓣波束相消、带宽调制方法及系统，属于5G毫米波通信和电控扫描全息天线领域。
技术介绍
[0002]在众多毫米波天线中，相控阵天线以其高增益、宽角度波束扫描以及快速波束切换的特点，成为5G毫米波通信天线应用的主流。然而，相控阵天线需要通过调控大规模天线阵列中辐射单元的导波相位来实现快速的波束扫描特性，使得相控阵天线必须配备相应的相移电路，而为了补偿相移电路引入的插损，又得引入大量的功率放大器，导致相控阵天线系统结构复杂、能量损耗、消耗高和生产成本高；而且在有些应用场景中，相控阵天线的波束扫描性能溢出，会导致性价比进一步降低。因而，需要寻求一种既能实现宽角度波束扫描性能，结构又相对简单，能耗和成本较低的天线。
[0003]为了解决上述问题，基于光学全息术理论在微波频段应用的全息天线被提出。全息天线一般将馈源和辐射单元集成在同一平面，而且其通过调制亚波长单元与导波耦合强度，或者利用亚波长单元构造阻抗表面对表面波进行调制的...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种全息天线波束赋形方法，其特征在于，所述方法包括：获取目标全息天线的预设波束指向、馈电结构和多个辐射单元；计算预设波束指向对应的辐射场，并将所述辐射场与馈电结构中的导波相干涉计算，得到第一全息干涉图案；基于每个辐射单元的位置，对第一全息干涉图案进行离散化和量化处理，从而得到第一离散激励强度分布；对第一离散激励强度分布进行阈值判决，得到第一数字矩阵；根据第一数字矩阵，得到目标全息天线的第一辐射方向图。2.根据权利要求1所述的全息天线波束赋形方法，其特征在于，所述基于每个辐射单元的位置，对第一全息干涉图案进行离散化和量化处理，从而得到第一离散激励强度分布，具体包括：基于天线辐射单元的二维阵面，计算每个辐射单元相对于参考导波相位原点存在的导波相位差值；以天线阵面中心建立空间坐标系，根据每个辐射单元在坐标平面的位置，计算该辐射单元相对于原点的空间距离和该辐射单元与x轴或y轴之间的夹角；根据所述导波相位差值、所述空间距离和所述夹角，计算每个辐射单元的第一离散激励强度，如下式：；其中，表示自由空间中的相位常数，矢量方向为目标辐射场方向，表示辐射单元的位置的极坐标矢量；表示辐射单元相对于所述导波相位原点的导波相位差值，表示每个辐射单元的第一离散激励强度；根据每个辐射单元的第一离散激励强度，得到第一离散激励强度分布。3.根据权利要求1所述的全息天线波束赋形方法，其特征在于，所述对第一离散激励强度分布进行阈值判决，得到第一数字矩阵，具体包括：对每个辐射单元的第一离散激励强度进行阈值判决，得到每个辐射单元的第一判决结果；当阈值为正值时，阈值判决公式如下：；当阈值为负值时，阈值判决公式如下：；其中，表示阈值，表示每个辐射单元的第一离散激励强度，表示每个辐射单元的第一判决结果，1表示辐射单元处于工作状态，0表示辐射单元处于非工作状态；根据每个辐射单元的第一判决结果，构建第一数字矩阵。4.一种全息天线副瓣波束相消方法，其特征在于，所述方法包括：
根据目标全息天线的第一辐射方向图，选取目标副瓣，并获取目标副瓣的副瓣波束指向，以及获得目标全息天线的馈电结构和多个辐射单元；计算副瓣波束指向为主波束指向且相位反相的辐射场，并将所述辐射场与馈电结构中的导波相干涉计算，得到第二全息干涉图案；基于每个辐射单元的位置，对第二全息干涉图案进行离散化和量化处理，从而得到第二离散激励强度分布；对第二离散激励强度分布进行阈值判决，得到第二数字矩阵；将第一数字矩阵和第二数字矩阵进行数学运算，得到修正数字矩阵；根据修正数字矩阵，实现目标全息天线的副瓣波束相消，同时得到目标全息天线的第二辐射方向图。5.根据权利要求4所述的全息天线副瓣波束相消方法，其特征在于，所述基于每个辐射单元的位置，对第二全息干涉图案进行离散化和量化处理，从而得到第二离散激励强度分布，具体包括：基于天线辐射单元的二维阵面，计算每个辐射单元相对于参考导波相位原点存在的导波相位差值；以天线阵面中心建立空间坐标系，根据每个辐射单元在坐标平面的位置，计算该辐射单元相对于原点的空间距离和该辐射单元与x轴或y轴之间的夹角；根据所述导波相位差值、所述空间距离和所述夹角，计算每个辐射单元的第二离散激励强度，如下式：；其中，表示自由空间中的相位常数，矢量方向为目标辐射场方向，表示辐射单元的位置的极坐标矢量，表示辐射单元相对于所述导波相位原点的导波相位差值，表示每个辐射单元的第二离散激励强度；根据每个辐射单元的第二离散激励强度，得到第二离散激励强度分布。6.根据权利要求4所述的全息天线副瓣波束相消方法，其特征在于，所述对第二离散激励强度分布进行阈值判决，得到第二数字矩阵，具体包括：对每个辐射单元的第二离散激励强度进行阈值判决，得到每个辐射单元的第二判决结果，如下式：；其中，表示阈值，表示每个辐射单元的第二离散激励强度，表示每个辐射单元的第二判决结果，1表示辐射单元处于工作状态，0表示辐射单元处于非工作状态；根据每个辐射单元的第二判决结果，构建第二数字矩阵。7.根据权利要求4所述的全息天线副瓣波束相消方法，其特征在于，所述将第一数字矩阵和第二数字矩阵进行数学运算，得到修正数字矩阵，具体包括：对第一数字矩阵和第二数字矩阵进行逻辑“或”运算，得到带有副瓣抑制作用的修正数字矩阵，如下式：
；其中，表示修正数字矩阵中每个辐射单元的最终判决结果，对应最终的辐射场；表示第一数字矩阵中每个辐射单元的第一判决结果，对应目标波束指向的主瓣辐射场；表示第二数字矩阵中每个辐射单元的第二判决结果，对应目标波束指向的第一副瓣辐射场；表示第三数字矩阵中每个辐射单元的第三判决结果，对应目标波束指向的第二副瓣辐射场；表示第n数字矩阵中每个辐射单元的第n判决结果，对应目标波束指向的第n
‑
1副瓣辐射场；所述根据修正数字矩阵，实现目标全息天线的副瓣波束相消，具体包括：根据修正数字矩阵中的最终判决结果进行赋形，以实现对目标辐射场的第一至第n副瓣进行削弱甚至消除。8.一种全息天线多波束赋形与设计方法，其特征在于，所述方法包括：基于目标全息天线的第一波束辐射方向图，选取第二波束辐射方向图，并获取第二波束辐射方向图的波束指向，以及获得目标全息天线的馈电结构和多个辐射单元；计算以第二波束辐射方向图的波束指向为主波束指向的辐射场，并将所述辐射场与馈电结构中的导波相干涉计算，得到第二波束指向全息干涉图案；基于每个辐射单元的位置，对第二波束指向全息干涉图案进行离散化和量化处理，从而得到第二波束指向离散激励强度分布；对第二波束指向离散激励强度分布进行阈值判决，得到第二波束指向数字矩阵；将第一波束指向数字矩阵和第二波束指向数字矩阵进行逻辑“或”运算，得到修正数字矩阵；根据修正数字矩阵，实现目标全息天线的多波束天线赋形与设计，同时得到目标全息天线的多波束辐射方向图。9.一种全息天线实际带宽调制方法，其特征在于，所述方法包括：根据目标全息天线的第一辐射方向图，预设波束指向不变，选取第二带宽调制辐射方向图，获取第二带宽调制辐射方向图的预设波束指向，以及获得馈电结构和多个辐射单元；将第二带宽调制辐射方向图所对应的辐射场与馈电结构中的导波相干涉计算，得到第二带宽调制全息干涉图案；基于每个辐射单元的位置，对第二带宽调制全息干涉图案进行离散化和量化处理，从而得到第二带宽调制离散激励强度分布；对第二带宽调制离散激励强度分布进行阈值判决，得到第二带宽调制数字矩阵；将第一数字矩阵和第二带宽调制数字矩阵进行数学运算，得到修正数字矩阵；根据修正数字矩阵，实现目标全息天线的方向图带宽拓展，同时得到目标全息天线的最终带宽调制辐射方向图。10.根据权利要求9所述的全息天线实际带宽调制方法，其特征在于，所述基于每个辐射单元的位置，对第二带宽调制全息干涉图案进行离散化和量化处理，从而得到第二带宽调制离散激励强度分布，具体包括：基于天线...
【专利技术属性】
技术研发人员：章秀银，温俊，苏华峰，姚逸慧，徐慧俊，杨波，高霞，
申请(专利权)人：京信网络系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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