用于合成阵列天线的方法和系统技术方案

一种用于根据阵列因子振幅的目标形状来合成阵列天线的阵列因子的方法，包括：根据阵列因子振幅的目标形状来计算阵列因子相位，和利用最小均方法来计算阵列天线加权系数，其中在ＬＭＳ方法中使用的目标函数是由阵列因子振幅的所述目标形状和计算的阵列因子相位构成的复函数，其中计算的加权系数确定阵列因子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及天线领域，例如(但不限于)用于诸如移动电话网 的移动通信的天线的领域，尤其涉及用于设计例如通信系统的天线的 方法。更具体地说，本专利技术涉及用于合成阵列天线的方法。
技术介绍
本领域中已知，阵列天线是由排列形成阵列的多个均等的辐射元 形成的天线，所述多个均等的辐射元由相互呈适当的振幅和相位关系 的信号来馈电。为了设计阵列天线，设计人员通常不得不按照符合设计前提的方 式，合成天线的所谓"辐射图"或"辐射方向图"。本领域中已知几种合成阵列天线的辐射图的方法。已知方法的例子有 Dolph國Chebyshev 法、Taylor 法、Fourier 级数法和 Woodward-Lawson法，^f叉^叉列举了 一些方法。不过多地详述，本领域的技术人员众所周知，Dolph-Chebyshev 法和Taylor法允许设计人员设定副瓣的电平(副瓣高度影响主瓣宽 度)；更具体地说，Dolph-Chebyshev法目的在于实现具有相等振幅的 副瓣的辐射图，而Taylor法目的在于实现具有振幅小于预定水平的副 瓣的辐射图。Fourier级数方法试图利用对天线的辐射元进行馈电的 信号的系数和辐射电磁场之间的Fourier变换关系，产生所需的辐射 图；Woodward-Lawson法试图把目标辐射图再现成由均匀的辐射元 子阵列产生的基本波束的重叠。在R丄Mailloux的"Phased Array Antenna Handbook" (Artec House, Norwood, MA， 1993 )第17-19和112-136页中说明了上述(及 其它)阵列天线合成方法。在 S.Takubo等人的"Radiation Pattern Synth esis of an Unequally Spaced Array Antenna，， (IEEE Antennas and Propagation International Symposium, July 16-21, 2000， Salt Lake City, Utah) 中，提出一种间隔不均匀的阵列天线的辐射图合成方法，该方法采用 LMS(最小均方)法。描述了-25dB Chebyshev图的目标辐射图(振幅 和相位)的设计例子。
技术实现思路
申请人注意到，在S.Takubo等人的论文中提出的方法是以设计 人员知晓振幅和相位两方面的目的辐射图即目标辐射图的假设为基 础的，不过，设计人员通常并不具备对目标辐射图的这种完全了解； 相反，设计人员通常Y义仅规定目标辐射图振幅轮廓(mask)。申请人解决了下述问题设计一种在设计人员的有限监督下，根 据设计人员指定的天线辐射图的振幅的任意目标曲线来合成阵列天 线的方法，该方法能够容易地用软件和用硬件实现。申请人发现，从目标阵列因子振幅轮廓开始，并由目标阵列因子 振幅轮廓得到要经过LMS算法的优化处理的复函数，LMS算法能够 方便地用在阵列天线的阵列因子的合成中。特别地，申请人发现,通过把目标阵列因子振幅轮廓看作好像它 是解析复函数的模，能够得到要经过优化处理的复函数。事实上，按 照电路理论，如果电路是稳定的，那么复变量p的每个输出/输入网络 复函数F(p)在由Re{p}>0表征的区域中是解析的。结合因果属性(在 对应的激发之前不存在任何响应)，这个条件意味着，复函数F(p)的 实部和虚部，从而复函数F(p)的模和相位不是独立的，因此， 一旦已 知这两个分量之一，那么通过应用被称为hilbert变换的积分算子可 以导出另一分量。申请人发现，通过利用这些关系并且把目标阵列因 子振幅轮廓看作要经过LMS算法的优化处理的复函数的模，就能够 通过积分模的自然对数来计算这种复函数的相位。申请人通过实验发现，按照这种方式从目标阵列因子振幅轮廓得6到的、并且用在利用LMS算法的优化处理中的复函数给出了极好的 结果。按照本专利技术的一个方面，提供一种如所附权利要求1中陈述的方 该方法包括-根据阵列因子振幅的目标形状来计算阵列因子相位，和-利用最小均方法来计算阵列天线加权系数，其中在LMS方法 中使用的目标函数是由阵列因子振幅的所述目标形状和计算的阵列 因子相位构成的复函数，其中，计算的加权系数确定阵列因子。特别地，所述计算阵列因子相位包括应用下面的公式其中似问表示作为相对于参考方向测量的角度S的函数的阵列 因子振幅的目标形状，战圳ln(M问》表示阵列因子振幅的目标形状的自 然对数的Hilbert变换。所述利用最小均方法来计算阵列因子可包括a) 把误差定义成函数^问和被合成的阵列因子之差，其中将函数 4 )定义为将被合成的阵列因子表述成辟x禍其中m表示所述加权系数的矢量，^力表示阵列天线的导向矢量；b) 初始地把加权系数设置成初始值；c) 计算加权系数的当前值的误差；d) 根据计算的误差来更新加权系数的值，和e) 迭代步骤c)和d),直到误差小于预定阈值或者达到最大迭 代次数为止。特别地，加权系数的当前值的误差被计算成可利用下面的公式计算加权系数的更新值 其中H表示收敛因子，n表示通用迭代。按照本专利技术的另一方面，提供一种如权利要求6中陈述的系统， 用于根据阵列因子振幅的目标形状来计算阵列天线的加权系数。该系 统适合于-根据阵列因子振幅的目标形状来计算阵列因子相位，和-利用最小均方法来计算阵列天线加权系数，其中在LMS方法中使用的目标函数是由阵列因子振幅的所述目标形状和计算的阵列因子相位构成的复函数。特别地，所述系统还适合于通过应用下面的公式来计算阵列因子相位//说(ln(M(")》其中M问表示作为相对于参考方向测量的角度5的函数的阵列 因子振幅的目标形状，幼圳ln(似("狄表示阵列因子振幅的目标形状的自然对数的Hilbert变换。所述系统还进一步适合于a) 把误差定义成函数49)和被合成的阵列因子之差，其中将函数 ^9)定义为^9) = M(>9) 一簡('n刚i将被合成的阵列因子表述成其中2L表示所述加权系数的矢量，QW表示阵列天线的导向矢量； (参见方程式4)。b) 初始地把加权系数设置成初始值；c) 计算加权系数的当前值的误差；d) 根据计算的误差来更新加权系数的值，和e) 迭代步骤c)和d)，直到误差小于预定阈值或者达到最大迭 代次数为止。加权系数的当前值的误差可被系统计算成 可利用下面的公式计算加权系数的更新值其中p表示收敛因子，n表示通用迭代。本专利技术的再另 一方面涉及包括本专利技术上述方面的系统的阵列天线。本专利技术的再又一方面涉及如所附权利要求12中陈述的蜂窝无线 电网络，包括-多个无线电发射和/或接收站，每个无线电站包括阵列天线和 按照本专利技术前述方面的用于根据阵列因子振幅的目标形状来计算阵 列天线的加权系数的系统，以及-与无线电站通信并适合于把有关要由阵列天线实现的阵列因 子振幅的目标形状的信息传送给无线电站的网络控制中心。附图说明详述说明，本专利技术的特征和优点将变得明显，为了清楚起见，将参考附图进行说明，其中图1A图示了其中适用按照本专利技术的方法的通信系统的场景； 图1B示意性地示出了与图1A中所示的场景相关的所需天线辐射图1C示出了目标天线阵列因子振幅(纵坐标，[dB)与和图1B 的所需辐射图有关的、相对于和辐射元的阵列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于根据阵列因子振幅的目标形状来合成阵列天线的阵列因子的方法，所述方法包括：　－根据阵列因子振幅的目标形状来计算阵列因子相位，和　－利用最小均方法来计算阵列天线加权系数，其中在ＬＭＳ方法中使用的目标函数是由所述阵列因子振幅的 目标形状和计算的阵列因子相位构成的复函数，　其中，计算的加权系数确定阵列因子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：毛瑞兹奥克罗佐利，丹尼奥迪司科，
申请(专利权)人：意大利电信股份公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]