[发明专利]一种宽窄波束混合天线结构及其优化方法

说明书

本发明涉及一种宽窄波束混合天线结构及其优化方法，属于天线技术领域。通过模拟端口馈电幅相和数字端口馈电幅相，在同一网络下能生成宽波束和窄波束；构造目标函数，同时优化窄波束和宽波束；本发明考虑系统的综合优化，简化天线系统的馈电网络，在满足指标的前提下优化出最简系统，应用于大规模MIMO天线系统。实现了同一网络下同时实现宽波束和窄波束。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种混合多波束天线系统结构及其优化方法。

背景技术

随着5G网络的迅速普及以及6G网络的快速发展，传统的基站天线网络已经难以支撑用户日益增长的网络需求，亟需拓展新的技术去满足未来通信的各方面要求。基站天线不仅要求能实现信号大范围内的覆盖，也要能接收或者发射某一方向的信号，这就需要天线系统具有宽波束和窄波束的性能。一般天线系统在一组网络下只能产生一种波束，不能满足同时实现宽波束和窄波束的要求。

MIMO系统中有三种混合波束形成结构：第一种是完全连接的结构，其中每个射频链都连接到所有基站天线，这使天线系统有更高的自由度，可以满足更高的指标，但是系统设计相对复杂，需要较多的射频器件，增加了系统功耗和成本；第二种为部分连接的结构，其中每个子阵列仅连接到单个射频链，是比较简单的一种连接结构，系统具有较低的自由度；第三种为混合连接结构，其中每个子阵列连接到多个射频链，并且每个射频链连接到与所讨论的子阵列相对应的所有天线，该连接结构可以使系统在保持一定自由度的同时降低系统复杂度，不仅达到了系统的指标，同时降低了系统功耗和成本。

现有的HBF架构中，同一组网络下难以实现宽波束和窄波束，没有考虑天线系统链路简化与指标优化并行问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种同一网络下生成宽波束和窄波束的混合波束形成架构，提供一种指标优化与链路简化并行的方法。

技术方案

一种宽窄波束混合天线结构，其特征在于包括n个天线，每个天线接一分四的功分网络分为四路，称每一路的端口为模拟端口，然后把每个天线的第一个端口相连到一起成为数字端口1、把每个天线的第二个端口相连到一起成为数字端口2等以此类推；形成了4*n个模拟端口和4个数字端口：每个模拟端口的幅相控制用表示，a_nm代表第n个天线的第m路的幅度，代表第n个天线的第m路的相位；每个数字端口的幅相控制用表示，A_m代表数字端口的幅度，φ_m代表数字端口的相位。

一种宽窄波束混合天线结构的优化方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：构建混合波束天线结构，构造目标函数，在数字端口幅相和模拟端口幅相的共同作用下形成窄波束和宽波束，在同一模拟端口馈电幅相的条件下，不同的数字幅相分别对应窄波束和宽波束；

所述的目标函数：

g＝min(α|f-f₁|+β|f′-f₂|+…+δ)

步骤2：根据窄波束和宽波束的指标要求优化出模拟端口和数字端口的幅相，一组数字端口幅相对应窄波束，另一组数字端口幅相对应宽波束；