非均匀阵列天线波束成形技术研究论文.doc

摘要
在主动遥感应用中,MIMO系统通过波形多样化,使其相比较于相控阵方法,在发射波束设计中有更大的灵活度。没有要求用均匀矩阵的时候,可以通过考虑稀疏矩阵设计的方法使发射波束设计获得额外的灵活度。在此,我们把稀疏接受矩阵设计方法的思想延伸到稀疏MIMO发射阵列设计。我们提出一种设计MIMO发射阵列的循环算法,用来逼近我们需要的发射波束。此外,我们演示了这种迭代算法怎样分别使用向量和矩阵加权技术来设计稀疏接受天线阵列。
关键词:阵列设计 MIMO 接受波束成形发射波束成形
ABSTRACT
In active sensing applications, MIMO systems permit increased flexibility for transmit beampattern design, via waveform diversity, compared to phased-array approaches. When uniform arrays are not mandated, additional degrees of freedom for transmit beampattern design can be obtained via sparse array design con- siderations. Herein, we extend the motivation behind sparse receive array methodologies to that of sparse MIMO transmit array design. We propose a cyclic approach to MIMO transmit array design that can be used to approximate desired transmit beampatterns. Furthermore, we illustrate how this iterative approach can be adapted to design sparse receive antenna arrays using both vector and matrix weighting techniques.
Keywords: Array design MIMO receive beamforming transmit beamforming
目录
第一章绪论 1
研究背景 1
天线阵列概述 1
波束成形原理及优点 2
波束形成分类 3
波束形成算法 3
4
研究框架 6
第二章波束设计理论介绍 9
MIMO发射波束设计 9
问题模型 9
稀疏发射阵列设计 10
矩阵方法MIMO接收波束设计 13
问题模型 13
稀疏接收阵列设计 14
向量方法的接收波束设计 14
14
稀疏阵列设计 15
第三章计算机仿真 17
发射波束设计实例 17
接收波束设计实例 21
接收阵列设计性能比较 23
第四章结论 25
致谢 27
参考文献 29
附录A 33
附录B 35
附录C 39
第一章绪论
研究背景
天线阵列概述
自赫兹和马可尼发明了天线以来,天线在社会生活中的重要性与日俱增,如今已成为不可或缺之势。天线存在于一个由波束范围、立体弧度、平方(角)度和立体角所构成的三维世界中,是一种导行波与自由空间波之间的转换器件或换能器。描述天线的基本电参数有输入阻抗、辐射电阻、增益、效率、方向图、方向性系数、极化方式和波瓣宽度等。由于基本辐射单元的方向图与φ的变化无关,即在θ确定的面内,各个方向的辐射强度均相同,这与雷达和移动通信等希望辐射能量集中在一个或几个很小的立体角范围内是不相符的,我们可以将基本辐射单元以各种形式(如直线、平面等)在空间排列组合形成天线阵,从而满足工程应用得要求。天线阵有多种分类方式,根据单元的排列方式可分为直线阵和平面阵。
直线阵是由多个互相分离,且其中心排列在一条直线上的单元构成的天线阵。直线阵分为均匀直线阵和非均匀直线阵:均匀直线阵是指相邻天线单元之间的距离相等,相邻单元的激励幅值相同、相位差恒定,也就是说各个单元是按相等步进相位规律激励的线阵;非均匀直线阵是指相邻天线单元之间距离不相等,激励幅度和相位分布也没有特定规律的线阵。
平面阵是指组成阵列的所有单元都位于同一个平面上的天线阵列。