【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天线，尤其是涉及一种考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法和设备。
技术介绍
1、天线是无线通信系统中至关重要的换能器件，用于实现导行波与自由空间波之间的转换，从而实现电磁波信号的发射和接收。天线的应用范围非常广泛，涵盖了通信、广播、电视、雷达和导航等众多领域。随着通信技术和信息技术的发展，对天线性能的要求越来越高，通常需要天线具备良好的方向性、高增益和宽带宽，并且其辐射方向图满足特定的形状要求。单个天线通常难以同时满足这些要求，因此通过将多个天线按照一定的规则排列形成阵列天线，并适当地调整天线激励，可以尽可能地满足上述要求。
2、阵列方向图是描述阵列天线在空间中不同方向上辐射或接收信号能力的重要工具。为了使阵列天线满足设计需求，可以通过控制以下五个因素来改变阵列的辐射方向图：单元几何分布、单元间距、单元方向图、馈电幅度和馈电相位。阵列方向图的快速计算在天线设计和信号处理领域具有重要的应用背景。
3、根据应用场景的不同需求，对阵列方向图的要求也大有不同。应用场景的多样化需求和灵活的阵列天线设计需求无疑为阵列天线方向图的快速准确计算提出了更高的要求和挑战。
4、现有的计算一维直线阵列的辐射方向图的方向图乘积原理在实际应用中存在一些技术缺陷和局限性，主要包括：
5、(1)忽略了单元间的相互耦合效应，在实际阵列中，各天线单元之间存在电磁耦合效应，导致单元的辐射特性与孤立单元不同。方向图乘积定理假设各单元的辐射是独立的，忽略了这种耦合效应，从而导致计算结果与实际情况存在偏
6、(2)忽略了阵列的边缘效应，乘积定理通常假设各天线单元的方向图相同。事实上，由于天线单元在阵列中的位置不同，每个单元的产生的方向图会有所不同，尤其是阵列边缘的单元。因此，使用统一的方向图会导致整个阵列方向图的不准确性。
7、(3)不适用于大规模阵列，对于大规模阵列(大量天线单元)，乘积定理的近似误差可能会积累得非常显著。此外，计算复杂度也会增加，使得乘积定理在大规模阵列中不再适用。
8、(4)无法考虑环境和边界条件，方向图乘积定理一般不考虑天线阵列周围环境和边界条件的影响。实际应用中，天线阵列周围的建筑物、地面反射等都会影响天线的辐射特性，这些因素在乘积定理中无法得到有效反映。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法和设备，以解决或部分解决未考虑单元间的耦合效应以及阵列的边缘效应导致计算不准确，和/或不适用于大规模阵列的问题。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术的一个方面，提供了一种考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法，应用于阵列天线，所述的阵列方向图计算方法包括如下步骤：
4、步骤s1，将所述阵列天线中的各个阵列单元划分为内部单元和边缘单元；
5、步骤s2，计算所述内部单元的有源单元方向图作为阵列方向图的单元因子；
6、步骤s3，基于所述内部单元的有源单元方向图以及所述阵列天线中的各个阵列单元的类型，计算所述阵列天线中的各个阵列单元的边缘效应修正因子；
7、步骤s4，基于所述边缘效应修正因子计算阵列方向图的阵因子；
8、步骤s5，基于所述单元因子和所述阵因子，计算得到所述阵列天线的阵列方向图。
9、作为优选的技术方案，所述的边缘效应修正因子采用下式计算：
10、对于内部单元，
11、对于边缘单元，
12、其中，表示第n个阵列单元的修正因子，表示内部单元的有源单元方向图，表示第n个阵列单元的有源单元方向图，θ、φ分别表示俯仰角、方位角，ω0是的主瓣范围内一个预设的角域。
13、作为优选的技术方案，所述的阵因子采用下式计算：
14、
15、其中，fmod(θ,φ)表示修正后的阵因子，fa(θ,φ)是修正前的阵因子，in表示第n个阵列单元的激励，k是自由空间的传播常数，表示第n个阵列单元的修正因子，θ、φ分别表示俯仰角、方位角，nedge为边缘单元个数，β为观察点与坐标原点的连线与x轴正向的夹角，ξn为x轴上第n个单元的坐标。
16、作为优选的技术方案，所述的阵列天线的阵列方向图采用下式计算：
17、
18、其中，e(θ,φ)为阵列天线的阵列方向图，为内部单元的有源单元方向图，fmod(θ,φ)为修正后的阵因子，θ、φ分别表示俯仰角、方位角。
19、作为优选的技术方案，所述的内部单元包括的阵列单元数量大于预设值。
20、作为优选的技术方案，所述的阵列天线为均匀直线阵列。
21、作为优选的技术方案，所述的边缘单元包括位于所述均匀直线阵列中两端的最边缘单元，以及与最边缘单元相邻的次边缘单元。
22、作为优选的技术方案，所述的阵列天线为均匀平面阵列。
23、本专利技术的另一个方面，提供了一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器以及存储器，所述存储器内储存有一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行前述考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法的指令。
24、本专利技术的另一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括供电子设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行前述考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法的指令。
25、与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果之一：
26、(1)考虑单元间的耦合效应以及阵列的边缘效应：一方面，针对没有考虑到各天线单元之间存在电磁耦合效应，导致单元的辐射特性与孤立单元不同，本专利技术基于有源单元方向图技术，将所有单元划分为内部单元(即远离阵列两端的单元)和边缘单元(位于阵列两端的单元)两类，这两类均忽略受较远单元影响的弱耦合，只考虑最邻近单元影响的强耦合，从而充分计及单元间的耦合效应；另一方面，针对各天线单元的方向图并不相同的问题，本专利技术通过计算边缘效应修正因子对阵列天线中各个阵元进行补偿，边缘效应的影响考虑在内，这两点使得修正的方向图乘积定理计算结果更加接近于仿真结果。
27、(2)适用于大规模阵列：针对大规模阵列下计算复杂度高的问题，本专利技术将大阵列的有源单元方向图(aep)求解转化为子阵列aep的求解。分别用小阵列的内部单元的aep来近似大阵列内部单元的aep，用小阵列边缘单元的aep来近似大阵列边缘单元的aep,，从而快速计算大型阵列的aep。
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1.一种考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法，其特征在于，应用于阵列天线，所述的阵列方向图计算方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法，其特征在于，所述的边缘效应修正因子采用下式计算：
3.根据权利要求1所述的一种考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法，其特征在于，所述的阵因子采用下式计算：
4.根据权利要求1所述的一种考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法，其特征在于，所述的阵列天线的阵列方向图采用下式计算：
5.根据权利要求1所述的一种考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法，其特征在于，所述的内部单元包括的阵列单元数量大于预设值。
6.根据权利要求1所述的一种考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法，其特征在于，所述的阵列天线为均匀直线阵列。
7.根据权利要求6所述的一种考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法，其特征在于，所述的边缘单元包括位于所述均匀直线阵列中两端的最边缘单元，以及与最边缘单元相邻的次边缘单元。
8.根
9.一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器以及存储器，所述存储器内储存有一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-8任一所述考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法的指令。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括供电子设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-8任一所述考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法的指令。
...【技术特征摘要】
1.一种考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法，其特征在于，应用于阵列天线，所述的阵列方向图计算方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法，其特征在于，所述的边缘效应修正因子采用下式计算：
3.根据权利要求1所述的一种考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法，其特征在于，所述的阵因子采用下式计算：
4.根据权利要求1所述的一种考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法，其特征在于，所述的阵列天线的阵列方向图采用下式计算：
5.根据权利要求1所述的一种考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法，其特征在于，所述的内部单元包括的阵列单元数量大于预设值。
6.根据权利要求1所述的一种考虑边缘效应和单元耦合的阵列方向图计算方法，其特征在于，所述的阵列天...
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