天線近遠(yuǎn)場(chǎng)變換算法及相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、隨著天線設(shè)計(jì)及測(cè)量技術(shù)在衛(wèi)星、雷達(dá)等各領(lǐng)域的迅速發(fā)展，本文從電磁場(chǎng)的基本理論出發(fā)，介紹了近遠(yuǎn)場(chǎng)變換的新算法。通過近場(chǎng)測(cè)量及遠(yuǎn)場(chǎng)外推得到輻射體的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖或散射體的雷達(dá)散射截面，從而達(dá)到精確描述天線輻射及散射特性的目的。
　　本文首先介紹了簡(jiǎn)單天線系統(tǒng)中遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖計(jì)算方法，包括一些簡(jiǎn)單的時(shí)域變換、頻域變換、數(shù)值變換，這些算法都具有各自的特點(diǎn)，但是不能解決大規(guī)模天線陣列中的相應(yīng)問題，因?yàn)樵谟?jì)算復(fù)雜度、計(jì)算時(shí)間、計(jì)算誤差等各方面都不能滿

2、足要求。基于此，在滿足一些基本的電磁場(chǎng)理論的基礎(chǔ)上，從近場(chǎng)掃描面的劃分角度出發(fā)，給出了平面、柱面及球面遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖或雷達(dá)散射截面的分析。
　　面向第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用，針對(duì)單小區(qū)大規(guī)模有源陣列天線的測(cè)試問題，我們項(xiàng)目組參加了國(guó)家863項(xiàng)目中5G通信技術(shù)評(píng)估與測(cè)試驗(yàn)證技術(shù)研究的一個(gè)子課題，即:Massive MIMO平面近場(chǎng)掃描及遠(yuǎn)場(chǎng)外推技術(shù)研究?；谶@里的大規(guī)模天線系統(tǒng)場(chǎng)景要求，文中以降低計(jì)算復(fù)雜度或計(jì)算內(nèi)存為主要目的，介紹了適

3、用于大規(guī)模天線陣列的近遠(yuǎn)場(chǎng)變換算法。文中的主要工作如下:
　　1)平面近遠(yuǎn)場(chǎng)變換中，將等效電流和磁流相結(jié)合，對(duì)于等效電磁流數(shù)目小于取樣點(diǎn)數(shù)目的情況下，使用等效磁偶矩陣，達(dá)到了降低計(jì)算時(shí)間和復(fù)雜度的要求。
　　除了將得到的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖與使用平面波譜擴(kuò)展得到的值及理論值進(jìn)行比較之外，還驗(yàn)證了三維方向圖與E和H方向上方向圖的一致性，給出了額外的計(jì)算時(shí)間及存儲(chǔ)容量與掃描頻點(diǎn)之間的關(guān)系。
　　2)雷達(dá)散射截面的求解過程中，在基于圖

4、像算法的基礎(chǔ)上引進(jìn)了聚焦因子及校正因子，改進(jìn)算法能修復(fù)非對(duì)稱散射體的雷達(dá)截面。
　　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了通過二維投影能更精確的得到雷達(dá)散射截面，另外實(shí)驗(yàn)還給出了散射截面與掃描半徑間隔之間的關(guān)系。
　　3)球面近遠(yuǎn)場(chǎng)變換中，在沒有掌握天線的所有參數(shù)及掃描球面的完整電磁場(chǎng)特性時(shí)，使用基于圓柱模式的算法能準(zhǔn)確得出遠(yuǎn)場(chǎng)值。
　　實(shí)驗(yàn)在不同天線及切割角度下，對(duì)重組后的遠(yuǎn)場(chǎng)值與FDTD算法值進(jìn)行了對(duì)比，并分析了重構(gòu)后的遠(yuǎn)場(chǎng)值與掃描距離之間的