一種mimo天線互耦特性快速分析方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于天線電磁分析領域，具體的涉及一種MMO天線互耦特性快速分析方 法。
【背景技術】
[0002] MMO技術是滿足高速率、大容量的業(yè)務需求，同時克服高速數(shù)據(jù)在無線信道下的 多徑衰落而提出的新技術，并已經應用到現(xiàn)有的4G移動通信系統(tǒng)中。然而，在MMO天線 系統(tǒng)設計過程中，由于天線間的互耦效應，再加上無線多徑信道散射條件不豐富的原因，信 道特性的分布并不完全獨立；因此在計算信道容量時，必須考慮子信道間的空域相關性，而 MMO陣元間的互耦與信道容量有著密切的關系；此外，陣元間的互耦影響MMO天線的波束 成形效果因而研宄MMO天線互耦特性，是提高其信道容量和波束成形效果必需要解決的 問題。
[0003] 現(xiàn)有的分析MMO天線互耦特性的主要方法有感應電動勢法、散射矩陣法和矩量 法等。感應電動勢法是通過分析單元天線上的電流分布，通過積分方程計算出相鄰天線上 的互阻抗，得出天線陣列的互耦影響。但是現(xiàn)有感應電動勢法適用于電流分布呈現(xiàn)近似規(guī) 律的線天線中，并且計算過程中存在大量的積分和微分運算；在大規(guī)模復雜結構天線互耦 計算時，感應電動勢法計算過程十分復雜，并存在不可忽略的計算誤差。散射矩陣法對任何 形式的單元結構都適用，是一種比較實用的一種方法。它把具有n個陣元的真理看成n端 口網絡，采用散射參量法，建立各個端口的入射波和反射波得散射矩陣，用以表征各個陣元 的耦合關系。然而隨著陣元數(shù)目的增多，散射矩陣維數(shù)隨之增多，散射矩陣將難以精確計 算。矩量法是處理電磁散射問題最常見的數(shù)值方法，其基本思路是將物理模型離散化，選 擇表示未知量的基函數(shù)和加權函數(shù)，用內積的方法計算矩陣元素中未知量的分布，最終表 示出需要求解的物理問題。矩量法作為典型的數(shù)值計算方法，處理單元天線或小規(guī)模陣列 天線的互耦問題具有較高的計算精度；但是利用矩量法分析大規(guī)模MMO天線陣列的互耦 時，需要將天線陣列整體剖分為足夠數(shù)量的網格單元，并計算任意網格之間的相互影響，計 算量巨大且計算過程復雜，很難實現(xiàn)MMO天線互耦特性的快速分析。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明針對現(xiàn)有的分析MMO天線互耦特性的主要方法有感應電動勢法、散射矩 陣法和矩量法，分別存在一下問題：（1)在大規(guī)模復雜結構天線互耦計算時，感應電動勢法 計算過程十分復雜，并存在不可忽略的計算誤差；（2)隨著陣元數(shù)目的增多，散射矩陣維數(shù) 隨之增多，散射矩陣將難以精確計算；（3)矩量法作為典型的數(shù)值計算方法，需要將天線陣 列整體剖分為足夠數(shù)量的網格單元，并計算任意網格之間的相互影響，計算量巨大且計算 過程復雜，很難實現(xiàn)MMO天線互耦特性的快速分析。針對上述問題，本發(fā)明提出一種MMO 天線互耦特性快速分析方法。
[0005] 本發(fā)明的技術方案是：一種MMO天線陣列的互耦特性快速分析方法，該快速分析 方法包括以下步驟： 步驟1:基于單元天線的場模型，建立表征散射場系數(shù)與入射場系數(shù)的關系式：
步驟2、利用迭代散射算法，確定迭代后不同單元天線的散射場系數(shù)之間的關系：
步驟3、對陣列中的天線單元分別進行激勵，依據(jù)天線間散射場的迭代規(guī)律，確定任意 單元之間的S參數(shù)，其中S為互偶特性，S的計算公式為：
[0006] 所述的MMO天線陣列的互耦特性快速分析方法，所述步驟1的具體實現(xiàn)方式為： 首先：假設單元天線1的等效入射場可以按照柱面波函數(shù)展開為：
其中，Etl為初始電場幅值，為待求天線1的入射場系數(shù),JnQc ciP )表示貝塞爾函數(shù)； 其次：根據(jù)步驟1產生的散射場為盡：
其中，AU為待求天線1的散射場系數(shù)，成2|認。/>)表示第二類漢克爾函數(shù)； 最后：將波函數(shù)展開式變?yōu)榫仃囆问剑Y合天線表面的邊界條件，得到天線1的散射場 系數(shù)與入射場系數(shù)之間的關系
所述的MMO天線陣列的互耦特性快速分析方法，所述步驟2的具體實現(xiàn)方式為： 假設單元天線的個數(shù)為I，?。ǔサ趇個天線外的）I-I個天線的散射場作為第i個 天線的散射場，即有以下關系式：
其中，"為天線j的散射場系數(shù)； 通過相應的公式推導和矩陣運算，可以得到迭代V次后天線i的散射場系數(shù)與天 線j散射場系數(shù)4:::°之間的關系：
[0007] 所述的MMO天線陣列的互耦特性快速分析方法，所述步驟3的具體實現(xiàn)方式為： 對于mXn個單元天線陣，假設天線i存在入射場乂If，其余天線沒有激勵場，根據(jù)迭代 散射理論，不同迭代次數(shù)下天線陣列的迭代關系如下表所示；表中僅天線i存在激勵迭代 時的關系，
從表中可以看出，只對天線i激勵時，第0次、第1次迭代場需要單獨計算，當?shù)螖?shù) 超過2次后按照V多2部分進行；設總迭代次數(shù)為V，則只在天線i上存在入射場時，相應 的散射矩陣如下：
其中，Ht為切向磁場，E t為切向電場，S取覆蓋天線口徑區(qū)域的閉合平面。 確定任意天線i在廣義傳輸線端口處（Zi= z M位置）的u i (Zcii)、Uj (Ztlj)，確定入射波 81與反射波b i:
[0008] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明將單元天線的散射場作為分析基礎，減少了 MMO天 線的剖分數(shù)量，計算速度快；本發(fā)明利用迭代散射算法分析天線間的相互影響，能夠直接計 算出陣列天線之間的互耦特性；本發(fā)明將天線單元的場與迭代互耦場進行分開計算，便于 算法的模塊化實現(xiàn)，并提高計算精度。
【附圖說明】
[0009] 圖1兩個天線互耦模型圖； 圖2mXn個單元天線陣模型示意圖；
【具體實施方式】
[0010] 實施例1 :結合圖1-圖2, 一種MMO天線陣列的互耦特性快速分析方法，其特征在 于：該快速分析方法包括以下步驟：
[0011] 步驟1、基于單元天線的場模型，建立表征散