快速笔形波束合成:大型非均匀天线阵列的新方法

4 下载量 30 浏览量 更新于2024-08-26 收藏 1.93MB PDF 举报
"大型不等距天线阵列的快速笔形波束方向图合成" 在无线通信、雷达系统和卫星通信等领域,天线阵列的设计和优化是至关重要的。天线阵列能够通过控制其辐射模式来实现特定的性能需求,如增益、方向性和波束扫描范围。在大型天线阵列中,尤其是不等距分布的天线阵列,图案合成的计算成本通常很高,这限制了其在实际应用中的效率。针对这一问题,本文提出了一种新的快速笔形波束方向图合成方法,专门适用于大型非均匀天线阵列。 该方法的核心在于结合了最小二乘意义下的插值和迭代快速傅里叶变换(FFT)。首先,通过对非均匀分布的天线元素进行插值,将其转换为均匀虚拟元素。这一过程旨在保持原有的阵列特性,同时简化后续的计算。然后,利用FFT对这些均匀虚拟元素进行处理,合成出所需的波束方向图。由于FFT算法的高效性,这种方法在计算速度上显著优于传统方法,特别是在处理大规模阵列时。 文章详细探讨了插值参数的选择,这是保证插值精度的关键。合适的插值参数可以确保从非均匀分布到均匀分布的转换过程中,阵列的原始特性得到尽可能精确的保留。此外,作者还提供了线性和平面两种类型的非均匀阵列实例,通过实例验证了该方法的有效性和优势。 "Array pattern synthesis"(阵列图案合成)是天线阵列设计中的核心步骤,目的是通过调整各个天线单元的相位或幅度来形成特定形状的辐射模式。在这个过程中,非均匀分布的天线阵列因其灵活的设计空间和可能的性能优势而受到关注,但其计算复杂度也相应增加。 "Nonuniform fast Fourier transform"(非均匀快速傅里叶变换)是一种处理非均匀数据的FFT变体,它允许对非均匀采样数据进行快速频谱分析。在本文中,非均匀FFT被用来快速合成笔形波束方向图,降低了计算负担。 "Unequally spaced array"(不等距天线阵列)是指阵列中的天线元素不是等间距排列的,这种排列方式可以实现更复杂和灵活的波束形状,但同时也增加了图案合成的复杂度。 本文提出的快速笔形波束方向图合成方法为大型非均匀天线阵列的优化提供了一个高效的新途径,有助于在保持性能的同时,减少计算成本,这对于现代通信系统中大规模天线阵列的应用具有重要意义。