[发明专利]大规模MIMO阵列天线远场辐射场的精确快速计算方法

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。

主权项

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：该计算方法包括以下步骤：步骤一：确定M×N元平面阵列天线的结构参数dx,dy，其中dx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，M、N表示平面阵列中横向和纵向单元天线的总数；步骤二：求解单元天线入射场与散射场关系，关系式为：其中，Eit表示单元天线总电场，表示球面坐标，表示单元天线剖分后第j个子网格所在的空间位置坐标，Mmn,Nmn表示球矢量波函数，amn,bmn表示入射场展开后的球矢量波函数分量的幅度值，表示初次散射场展开后的球矢量波函数分量的幅度值，下标m,n表示矢量波函数编号，下标i,j表示单元天线辐射贴片剖分后网格的编号，θ、表示相应三角函数的角度值；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p×q，其中p×q表示单元天线的个数；步骤四：对于p×q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M×N元平面阵列天线远场辐射方向图：所述步骤五的具体方法为：假设M×N阵列中每列中相邻两阵元之间的相位差为δy；每行中相邻两阵元之间的相位差为δx，由该单元组成的平面阵列天线远区辐射场可表示为其中，An、Bm是阵列天线馈电端口激励源的幅度比例系数，m、n表示阵列中天线单元的标号，表示第m·M+n个单元的归一化方向图，λ表示波长。