单元天线的边界条件确定； itmn表示球坐标中标量波函数，表达式如下：
(3) 其中，是球面第二类汉克尔函数，《"(cos妁是勒让德多项式； 空间总电场可以表示为￡/=￡广基于矩量法模型，将天线辐射贴片划分为若干 网格单元，在每个网格区域外表面应用理想导体边界条件，即可求得单元天线入射场与散 射场之间的系数关系，即有
其中，下标j表不天线福射贴片剖分后网格的编号。
[0014] 步骤三：根据单元天线间的互耦特性，在阵列环境条件下选择提取单元的子阵形 式和规模，在阵列环境条件下，保留少量与提取单元邻近的单元参与互耦计算，忽略大量无 互耦或互耦小得可以忽略的单元，取子阵规模为pXq，参考图2所示。
[0015] 步骤四：对于pXq个单元的天线子阵，求解子阵中单元远场辐射方向图； 假设单元天线的个数为pXq，取（除去第i个天线外的）PXq-l个天线的散射场作为 第i个天线的入射场，即有以下关系式：
(5) 该入射场产生新的散射场，其表达式如下：
(6) 将新产生的散射场作为下一次迭代的入射场，则第v次迭代的入射场和散射场的表达 式如下：
) 假设天线i存在入射场馬m，其余天线没有激励场，根据迭代散射理论，天线i的阵中 (9) 单元总的辐射场是所有散射场之和： v 将总场归一化后可以得到阵中单元的远场辐射方向图 .
(10)
[0016] 步骤五：计算MXN元平面阵列天线远场福射方向图； 假设MXN阵列中每列中相邻两阵元之间的相位差为Sy;每行中相邻两阵元之间的相 位差为S x，由该单元组成的平面阵列天线远区辐射场可表示为
An，Bm是阵列天线馈电端口激励源的幅度比例系数。
[0017] 实施例2 :下面结合表1，以8X8的平面阵列为例，对本发明作进一步说明。 表1
[0018] 首先、确定8X8元平面阵列天线的结构参数。
[0019] 其次、确定阵中环境子阵的规模； 考虑X方向和y方向的3种分布特性：边缘、次边缘和阵中分布，以及平面阵列天线结 构的对称性，共计需要提取子阵数量为9个，如表2所示：
表2
[0020] 再次、依次计算9个子阵的阵中单元远场辐射方向图； 假设单元天线的个数为pXq，取（除去第i个天线外的）PXq-l个天线的散射场作为 笛n?小手姥的X射极_刖右/人才.
[0021] 最后、计算阵列天线远场福射方向图； 假设8X8阵列中相邻两阵元之间的相位差为s y;每行中相邻两阵元之间的相位差为 Sx，根据公式（11)
计算阵列天线的远场辐射方向图，其中，公式（11)中，An，Bm是阵列天线馈电端口激励 源的幅度比例系数。
【主权项】
1. 大规模MMO阵列天线远场辐射场的精确快速计算方法，其特征在于：该计算方法包 括以下步骤： 步骤一：确定MXN元平面阵列天线的阵元间距参数dx，dy，其中4是平面阵列天线x方 向的阵元间距，dy是平面阵列天线y方向的阵元间距； 步骤二：求解单元天线入射场与散射场关系，关系式为：步骤三：根据单元天线间的互耦特性，在阵列环境条件下选择提取单元的子阵形式和 规模，取子阵规模为pXq; 步骤四：对于pXq个单元的天线子阵，求解子阵中单元远场辐射方向图； 步骤五：计算MXN元平面阵列天线远场辐射方向图。2. 根据权利要求1所述的大规模MIMO阵列天线远场辐射场的精确快速计算方法，其特 征在于：所述步骤二的具体方法为： 考虑平面波入射，将天线单元的入射场￡广和散射场?按照球面矢量波形式展开，则 有其中Mmn、Nmn表不球矢量波函数，散射场的 球面矢量波系数可以通过单元天线的边界条件确定；itmn表示球坐标中标量波函数，表达式如下：其中，妃2)(紗):是球面第二类汉克尔函数，ir(c〇S0):是勒让德多项式； 空间总电场可以表示为￡/=￡广+￡/(<)>，基于矩量法模型，将天线辐射贴片划分为若干 网格单元，在每个网格区域外表面应用理想导体边界条件，即可求得单元天线入射场与散 射场之间的系数关系，即有其中，下标j表不天线福射贴片剖分后网格的编号。3. 根据权利要求1所述的大规模MIMO阵列天线远场辐射场的精确快速计算方法，其特 征在于：所述步骤四的具体方法为： 假设单元天线的个数为pXq，取（除去第i个天线外的）PXq-l个天线的散射场作为 第i个天线的入射场，即有以下关系式：该入射场产生新的散射场，其表达式如下：将新产生的散射场作为下一次迭代的入射场，则第V次迭代的入射场和散射场的表达 式如下：假设天线i存在入射场，其余天线没有激励场，根据迭代散射理论，天线i的阵中 单元总的辐射场是所有散射场之和：将总场归一化后可以得到阵中单元的远场辐射方向图4.根据权利要求1所述的大规模MMO阵列天线远场辐射场的精确快速计算方法，其特 征在于：所述步骤五的具体方法为： 假设MXN阵列中每列中相邻两阵元之间的相位差为Sy;每行中相邻两阵元之间的相 位差为Sx，由该单元组成的平面阵列天线远区辐射场可表示为An，Bm是阵列天线馈电端口激励源的幅度比例系数。
【专利摘要】本发明属于电磁数值计算领域，具体涉及大规模MIMO阵列天线远场辐射的精确快速分析方法，包括：确定M×N元平面阵列天线的结构参数；求解单元天线入射场与散射场的关系；根据单元天线间的互耦特性，在阵列环境条件下选择提取单元的子阵形式和规模；对于提取单元的天线子阵，求解子阵中单元远场辐射方向图；根据阵中单元远场辐射方向图，按照叠加原理计算阵列天线远场辐射方向图。本发明利用互耦计算的精确性，很好的解决了借助于矩量法、有限元法、时域有限差分等方法中存在的受单台计算机的计算能力限制，当阵列天线规模过大时，全波仿真方法因内存和计算时间的巨大消耗而无法快速精确地实施天线辐射场的计算等问题，具有可以分析大型、共形阵列天线的方向图，具有合成精度较高，分析速度快等优点。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN104992001
【申请号】CN201510344233
【发明人】陈国虎, 朱明林, 陈宏伟, 钟州, 刘起坤, 黄开枝, 安娜, 杨梅樾, 韩乾, 陈丹
【申请人】中国人民解放军信息工程大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年6月19日