一种mimo天线互耦特性快速分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于天线电磁分析领域，具体的涉及一种MMO天线互耦特性快速分析方 法。
【背景技术】
[0002] MMO技术是满足高速率、大容量的业务需求，同时克服高速数据在无线信道下的 多径衰落而提出的新技术，并已经应用到现有的4G移动通信系统中。然而，在MMO天线 系统设计过程中，由于天线间的互耦效应，再加上无线多径信道散射条件不丰富的原因，信 道特性的分布并不完全独立；因此在计算信道容量时，必须考虑子信道间的空域相关性，而 MMO阵元间的互耦与信道容量有着密切的关系；此外，阵元间的互耦影响MMO天线的波束 成形效果因而研宄MMO天线互耦特性，是提高其信道容量和波束成形效果必需要解决的 问题。
[0003] 现有的分析MMO天线互耦特性的主要方法有感应电动势法、散射矩阵法和矩量 法等。感应电动势法是通过分析单元天线上的电流分布，通过积分方程计算出相邻天线上 的互阻抗，得出天线阵列的互耦影响。但是现有感应电动势法适用于电流分布呈现近似规 律的线天线中，并且计算过程中存在大量的积分和微分运算；在大规模复杂结构天线互耦 计算时，感应电动势法计算过程十分复杂，并存在不可忽略的计算误差。散射矩阵法对任何 形式的单元结构都适用，是一种比较实用的一种方法。它把具有n个阵元的真理看成n端 口网络，采用散射参量法，建立各个端口的入射波和反射波得散射矩阵，用以表征各个阵元 的耦合关系。然而随着阵元数目的增多，散射矩阵维数随之增多，散射矩阵将难以精确计 算。矩量法是处理电磁散射问题最常见的数值方法，其基本思路是将物理模型离散化，选 择表示未知量的基函数和加权函数，用内积的方法计算矩阵元素中未知量的分布，最终表 示出需要求解的物理问题。矩量法作为典型的数值计算方法，处理单元天线或小规模阵列 天线的互耦问题具有较高的计算精度；但是利用矩量法分析大规模MMO天线阵列的互耦 时，需要将天线阵列整体剖分为足够数量的网格单元，并计算任意网格之间的相互影响，计 算量巨大且计算过程复杂，很难实现MMO天线互耦特性的快速分析。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有的分析MMO天线互耦特性的主要方法有感应电动势法、散射矩 阵法和矩量法，分别存在一下问题：（1)在大规模复杂结构天线互耦计算时，感应电动势法 计算过程十分复杂，并存在不可忽略的计算误差；（2)随着阵元数目的增多，散射矩阵维数 随之增多，散射矩阵将难以精确计算；（3)矩量法作为典型的数值计算方法，需要将天线阵 列整体剖分为足够数量的网格单元，并计算任意网格之间的相互影响，计算量巨大且计算 过程复杂，很难实现MMO天线互耦特性的快速分析。针对上述问题，本发明提出一种MMO 天线互耦特性快速分析方法。
[0005] 本发明的技术方案是：一种MMO天线阵列的互耦特性快速分析方法，该快速分析 方法包括以下步骤： 步骤1:基于单元天线的场模型，建立表征散射场系数与入射场系数的关系式：
步骤2、利用迭代散射算法，确定迭代后不同单元天线的散射场系数之间的关系：
步骤3、对阵列中的天线单元分别进行激励，依据天线间散射场的迭代规律，确定任意 单元之间的S参数，其中S为互偶特性，S的计算公式为：
[0006] 所述的MMO天线阵列的互耦特性快速分析方法，所述步骤1的具体实现方式为： 首先：假设单元天线1的等效入射场可以按照柱面波函数展开为：
其中，Etl为初始电场幅值，为待求天线1的入射场系数,JnQc ciP )表示贝塞尔函数； 其次：根据步骤1产生的散射场为尽：
其中，AU为待求天线1的散射场系数，成2|认。/>)表示第二类汉克尔函数； 最后：将波函数展开式变为矩阵形式，结合天线表面的边界条件，得到天线1的散射场 系数与入射场系数之间的关系
所述的MMO天线阵列的互耦特性快速分析方法，所述步骤2的具体实现方式为： 假设单元天线的个数为I，取（除去第i个天线外的）I-I个天线的散射场作为第i个 天线的散射场，即有以下关系式：
其中，"为天线j的散射场系数； 通过相应的公式推导和矩阵运算，可以得到迭代V次后天线i的散射场系数与天 线j散射场系数4:::°之间的关系：
[0007] 所述的MMO天线阵列的互耦特性快速分析方法，所述步骤3的具体实现方式为： 对于mXn个单元天线阵，假设天线i存在入射场乂If，其余天线没有激励场，根据迭代 散射理论，不同迭代次数下天线阵列的迭代关系如下表所示；表中仅天线i存在激励迭代 时的关系，
从表中可以看出，只对天线i激励时，第0次、第1次迭代场需要单独计算，当迭代次数 超过2次后按照V多2部分进行；设总迭代次数为V，则只在天线i上存在入射场时，相应 的散射矩阵如下：
其中，Ht为切向磁场，E t为切向电场，S取覆盖天线口径区域的闭合平面。 确定任意天线i在广义传输线端口处（Zi= z M位置）的u i (Zcii)、Uj (Ztlj)，确定入射波 81与反射波b i:
[0008] 本发明的有益效果是：本发明将单元天线的散射场作为分析基础，减少了 MMO天 线的剖分数量，计算速度快；本发明利用迭代散射算法分析天线间的相互影响，能够直接计 算出阵列天线之间的互耦特性；本发明将天线单元的场与迭代互耦场进行分开计算，便于 算法的模块化实现，并提高计算精度。
【附图说明】
[0009] 图1两个天线互耦模型图； 图2mXn个单元天线阵模型示意图；
【具体实施方式】
[0010] 实施例1 :结合图1-图2, 一种MMO天线阵列的互耦特性快速分析方法，其特征在 于：该快速分析方法包括以下步骤：
[0011] 步骤1、基于单元天线的场模型，建立表征散