智能天线波达方向的互耦影响与修正

智能天线中阵列互耦的存在,严重影响了自适应天线的性能.基于分析天线阵列模型中阵元间的相互关联的特征的方法,构造互耦矩阵C,用C矩阵来修正波达方向估算中的互耦,并在MUSIC算法中实现.该方法理论分析与计算仿真表明该算法切实可行,有效并易于实现.     

阵列天线互耦补偿技术研究

分析阵列天线的互耦机理,利用电磁散射理论研究阵列天线的散射特性,得到阵列天线的散射矩阵,并根据散射矩阵中的实际物理意义,将矩阵进行分解,推导出阵列天线的互耦补偿公式,避免了复杂的计算,并在实际测试数据的基础上,利用提出的算法进行互耦补偿,验证了该算法的有效性。     

共享孔径交错稀疏阵列天线互耦误差建模与校正

共享孔径交错稀疏阵列天线是实现多功能阵列天线的有效途径。现有的参数化互耦消除方法都是针对均匀阵列天线展开的,其研究的互耦矩阵都是规则的方阵,对共享孔径交错稀疏阵列天线的互耦矩阵模型并不适用。在充分考虑共享孔径交错稀疏阵列天线中子阵内互耦的“稀疏”和“方位依赖”的特殊性后,通过将常规的互耦矩阵扩展表示为“非方”的“增广互耦矩阵”来对交错稀疏阵列天线子阵内和子阵间的耦合效应进行建模,并通过“增广互耦矩阵”的参数化估计最终实现了共享孔径交错稀疏阵列天线互耦误差的建模与校正。仿真结果证实了所提方法的有效性和可行性。     

阵列天线散射条件下的互耦校正

当阵列存在近场散射源时,互耦效应的分析和校正更加繁杂,这就导致了阵列互耦矩阵的参数化建模需要做进一步的扩展,使得互耦矩阵不再为方阵。然而现有的参数化互耦校正方法均假设互耦矩阵是一个具有特殊数学结构的方阵,对非方阵的互耦矩阵模型不适用。本文通过引入少量远离阵列且相互间隔较远的辅助阵元（互耦效应可以忽略）和方向未知的校正信源,提出了一种阵列天线散射条件下的互耦校正的参数估计算法。首先,推导了扩展后的非方阵互耦矩阵系数与方位依赖的幅相误差的等价关系;然后,对每次单源实验,得到校正源方位和各阵元方位依赖的幅相误差的联合估计,建立估计的幅相误差以非方阵互耦系数为参数的方程;最后,将多次单源校正得到的方程进行整合构建方程组,利用Tikhonov正则化方法求解不适定方程组实现互耦系数的有效估计,进而对阵列互耦进行校正。计算机仿真实验结果表明所提算法可以很好地解决阵列天线散射条件下的互耦校正问题,从而验证了算法的有效性。      

一种阵列互耦矩阵与波达方向的级联估计方法

当阵列天线存在互耦效应时,传统多重信号分类(MUltiple SIgnal Classification, MUSIC)算法的测向性能急剧下降。为了有效估计阵列互耦矩阵(MCM)与入射信号的波达方向(Direction Of Arrival, DOA),该文提出一种阵列互耦矩阵与波达方向的级联估计方法。利用互耦矩阵的结构特点,变换阵列流形,实现对互耦矩阵与DOA的解耦合。求解线性约束下的二次优化问题,利用谱峰搜索,得到阵列互耦矩阵和入射信号DOA,完成互耦误差自校正。通过计算机仿真验证了该文方法估计性能的有效性和优越性。     

互阻抗精度对实现天线极低副瓣的限制

实现极低副瓣阵列天线需要作精确的互耦补偿.如果阵列的互阻抗(或互耦系数)矩阵确知,理论上可以精确补偿互耦的影响,从而实现极低副瓣接收。但无论是计算还是测量得到的互阻抗矩阵都只有一定的精度,这个精度最终决定了补偿效果。本文研究了极低副瓣阵列天线中互耦补偿对互阻抗精度的要求;推导出了互阻抗误差与通道幅相误差的关系;进而得到了互阻抗误差与副瓣电平的关系。     

缝隙阵列天线DOA估计的互耦影响与修正

互耦的存在严重影响了DOA估计的精度，文中研究了存在互耦情况下的DOA估计问题，重点讨论了阵列单元互耦效应的有效计算和对MUSIC算法的修正问题；以缝隙阵列天线为例，通过对无限阵散射参量的修正得到有限阵的散射矩阵和阻抗矩阵，进而通过阻抗矩阵估计互耦的影响，并对MUSIC算法进行修正，最后给出了仿真结果。     

互耦效应下用单快拍数据实现相干信源完全解相干和解耦合

阵元间存在互耦时,会对阵列流型产生扰动,同时当空间来波存在相干信源时,协方差矩阵会产生秩亏,这两类问题都会使子空间类估计算法性能急剧下降甚至失效。针对互耦效应下的解相干问题,该文提出了一种仅利用阵列单快拍即可实现完全解相干和解互耦算法互耦效应下的修正单次快拍算法(MC-ENDTOP)。该方法将原单快拍算法应用背景推广至任意形式来波信号,利用一次快拍构造等效接收数据协方差矩阵,通过数据分解,将互耦系数从阵列流型矩阵中剥离,从而实现了完全解互耦,并将其归入分解后的等效信号协方差矩阵中,由于等效信号协方差矩阵为对角阵,且对角元素与信号相关性无关,因此进一步实现了完全解相干。仿真验证了该文算法能够抑制互耦影响,估计性能和无互耦时相当,且适用于实时性要求高的场合。     

相位加权阵列天线的互耦分析及补偿

采用分段正弦基函数Galerk in法计算了阵列天线的阻抗矩阵,利用互耦阻抗方程分析了相位加权阵列的幅相恶化程度,且用矩量法分析了互耦对两种相对加权阵列天线性能的影响。提出了一种互耦补偿的方法即网络分析法,仿真结果表明了这种补偿方法的正确性和有效性。     

基于Y型阵的互耦矩阵与DOA的同时估计方法

基于均匀间隔的Y型阵列,提出了一种自校正算法用于非相干源的DOA估计和阵元间的互耦校正,且无需任何方位已知的校正源.自校正算法利用均匀线阵互耦矩阵的对称Toeplitz性和带状特性,无需任何互耦信息的条件下可以精确估计信源DOA和阵列的互耦矩阵,从而实现阵列的自校正,并进行了参数的模糊性分析.仿真结果验证了提出的自校正算法具有分辨力高、计算量小以及校正精度高的特点.     

考虑互耦影响下的DOA估计算法

研究了考虑互耦情况下的DOA估计算法MUSIC算法。互耦改变了阵列响应矢量和接收信号相干矩阵的特征值结构,因此影响了DOA估计的精度,用矩量法计算了由半波振子阵列的单元之间的互耦,通过得到的阻抗矩阵来估计互耦的影响。最终给出了计算机仿真的结果。     

Compensation for the mutual coupling effect for the ESPRIT algorithm in single snapshot array processing

An effective method is introduced to compensate the effects of mutual coupling for the Estimation of Signal Parameter via Rotational Invariance Techniques (ESPRIT) direction finding algorithm in application of signal snapshot array processing.Changing the covariance matrix into a Teoplitz matrix can achieve high resolution in the Direction Of Arrive (DOA) estimation.How the mutual coupling affects the array antennas has been discussed and a new definition of mutual im- pedance has been used to characterize the mutual coupling effects between the array elements.Based on the new mutual impedance matrix,a practical method is presented to eliminate the effects of mutual coupling for ESPRIT in the single snapshot data processing.The simulation results show that, this new method not only properly reduces the effects of mutual coupling,but also maintains its steady performance even for weak signals.     

互耦条件下均匀线阵DOA盲估计

阵元间存在互耦时,经典的波达角(DOA)估计算法性能急剧下降甚至失效。针对互耦条件下均匀线阵DOA估计问题,该文提出一种基于盲源分离的DOA盲估计算法。首先,利用源信号的统计特性,由盲源分离方法估计广义阵列流形矩阵;然后,利用均匀线阵互耦矩阵带状、Toeplitz矩阵的特点,将DOA估计问题转化为多个可分离非线性最小二乘问题,由多个1维频域搜索得到DOA的估计。该算法无需高维搜索或多维迭代,对互耦自由度要求更低,互耦自由度未知时仍旧适用,稳健度高。数值仿真验证了该文算法的有效性。     

多径条件下均匀线阵DOA估计及互耦误差自校正

针对多径信道环境下存在互耦误差的均匀线阵,提出了一种联合波达方向估计及互耦 误差自校正算法。在不改变阵列互耦误差的条件下,首先利用虚拟阵列平移预处理方法,将 相干信源协方差矩阵恢复到满秩。进而利用互耦误差的对称Toeplitz特性,基于子空间原理 构造一代阶函数,采用秩损的方法得到互耦误差条件下的DOA估计及阵列互耦误差。数值仿 真结果表明,该算法具有良好的DOA估计性能与互耦误差自校正性能。     

THE LIMITATION OF MUTUAL IMPEDANCE PRECISION TO THE SIDELOBE LEVEL OF ARRAY ANTENNA

Accurate mutual coupling correction is necessary for an array antenna to reach ultra-low sidelobe level.If the mutual impedance or mutual coupling coefficient matrix of an array isperfectly known,theoretically,one can compensate the effects of mutual coupling completelyand realize the desired low sidelobe level.However,the mutual impedance matrix obtainedwhether by calculation or by measurement has limited precision,which limits the effectiveness ofcompensation.This paper deals with the requirements on the precision of mutual impedance forcompensation in ultra-low sidelobe array antennas.The relationship between mutual impedanceerrors and the amplitude and phase errors of an array is derived,by which the relationship betweenthe mutual impedance errors and the sidelobe level is obtained.     

Multiport network approach for modeling the mutual coupling effectsin microstrip patch antennas and arrays

A method is described for representing the mutual coupling between edges of a microstrip patch (or the edges of two different patches in an array) in form of a mutual admittance matrix. Coefficients of the mutual admittance matrix are evaluated by modelling the edge fields by equivalent magnetic current line sources. The formulation is an extension of the multiport network modeling of microstrip patches and the segmentation method of analysis. Results are found to be in good agreement with the measured data on mutual coupling available in the literature. Relative contributions of various edges of rectangular patches to the mutual coupling are discussed