[发明专利]一种抗干扰散射通信系统天线阵的设计方法

说明书

本发明提供一种抗干扰散射通信系统天线阵的设计方法，其为一种可增强散射信号强度并实现散射场波束赋形的通信系统散射场天线阵设计方法，此设计可用于散射通信系统以提高通信性能如扩大通信半径、抗干扰。其特征在于，基于三维空间的几何特征和天线阵的特性提出了一种可在三维空间内实现任意方向波束赋形的设计方法；采用了MATLAB和HFSS进行联合设计仿真，HFSS建立散射通信系统天线阵模型，且将散射通信系统天线阵模型的阵元天线间距设置为可更改变量，MATLAB通过采用差分进化算法与HFSS进行联合计算出最优阵元天线间距。在本发明中，通过在MATLAB上采用差分进化算法与HFSS进行联合计算，可以使得散射通信系统天线阵中的天线散射方向集中。

技术领域

本发明属于散射通信领域，特别涉及一种散射通信系统天线阵。

背景技术

物联网(The Internet of Things，简称IOT)是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。

而下一代物联网(IoT)设想了一个在人类、机器与物体之间存在着由普遍、廉价和低速率的无线通信技术所连接的世界。而实现该设想中时，能源消耗是目前限制物联网应用的最主要问题，而无源反向散射技术则为解决该问题所提出的应对方案。

现有的无源反向散射系统，如无源RFID系统、Wi-Fi反向散射系统、TV反向散射系统和FM反向散射系统以及LoRa反向散射系统，这些无源反向散射系统都很好的解决了能源消耗这一关键问题，但它们在通信距离上都有很大的局限性，实际应用部署还有很大的困难，且现有的无源反向散射系统为全向散射，在进行散射通信时会对通频段内的其他所有通信进行干扰。

发明内容

为了实现上述问题，本发明的目的在于提供一种可扩展散射通信半径，减少对其他同频段通信的干扰的散射通信系统天线阵设计方法。

本发明的另一个目的在于提供一种在低功耗或无源的散射通信系统中提升散射距离的抗干扰散射通信系统天线阵的设计方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

本发明提供一种抗干扰散射通信系统天线阵的设计方法，其特征在于，基于三维空间的几何特征和天线阵的特性提出了一种可在三维空间内实现任意方向波束赋形的设计方法；该设计方法具体采用了MATLAB和HFSS进行联合设计仿真，HFSS建立散射通信系统天线阵模型，且将散射通信系统天线阵模型的阵元天线间距设置为可更改变量，MATLAB通过采用差分进化算法与HFSS进行联合计算出最优阵元天线间距；最后，所提天线阵在真实环境中进行了室内室外测试并得到实际部署。本发明提供一种抗干扰散射通信系统天线阵的设计方法，其为一种可增强散射信号强度的通信系统散射场天线阵设计方法，此设计可用于散射通信系统以提高通信性能如扩大通信半径、抗干扰。通过在MATLAB上采用差分进化算法与HFSS进行联合计算，可以使得散射通信系统天线阵中的天线散射方向集中，不仅提升了传统反向散射通信的距离；且因为可以使得方向集中，实现定向传输数据，不会影响到其他信道，可以减少对其他同频段通信的干扰，同时提升通信的安全性，使其他监听设备接收到数据的概率大大降低。

进一步的，MATLAB复数次打开多组HFSS进行快速仿真计算，从复数次仿真计算中选择最优阵元天线间距。

进一步的，该设计方法的步骤为：

S1，创建天线阵模型，用HFSS建立散射通信系统天线阵模型，将散射通信系统天线阵模型的阵元天线间距设置为可更改变量；具体的,可用HFSS建立3D散射通信系统天线阵模型，并在x、y、z三个轴上分别建立天线阵元。