WO2016149913A1

WO2016149913A1 - 一种阵列天线的互耦阻抗的计算方法及装置

Info

Publication number: WO2016149913A1
Application number: PCT/CN2015/074988
Authority: WO
Inventors: 周俊鹤; 李剑; 毕晓艳; 陈大庚
Original assignee: 华为技术有限公司
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2016-09-29
Also published as: CN106716721A

Abstract

本发明公开了一种阵列天线的互耦阻抗的计算方法及装置，涉及通信技术领域，为了解决现有技术中通过仿真计算法得到的互耦阻抗不准确的问题而发明。该方法包括：为阵列天线中的每个天线阵元施加预设次数的特定激励电压；在每次施加激励电压后，根据已获取的目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压，得到每个天线阵元对应的第一参数的值；根据天线阵元的负载阻抗以及第一参数的值，计算得到第二参数的值；根据经过预设次数得到的每个天线阵元对应的所有第二参数的值，得到与每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值；根据已得到的互耦阻抗估计值，得到阵列天线的互耦阻抗。本发明应用在阵列天线的互耦阻抗的计算过程中。

Description

一种阵列天线的互耦阻抗的计算方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种阵列天线的互耦阻抗的计算方法及装置。

背景技术

作为未来演进的公共陆地移动网络(英文：Public Land Mobile Network，简称：PLMN)(也可以称为5G)的关键技术之一，多入多出(英文：Multiple-lnput Multiple-Output，简称：MIMO)目前已经成为业界的研究热点。MIMO技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而能够充分利用空间资源，实现在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，成倍的提高系统信道容量。

MIMO技术有多个研究方向，其重要的发展方向之一为波束赋形(英文：Beamforming)。波束赋形是指利用MIMO系统中发射端或者接收端的阵列天线产生一个具有指向性的波束，将能量集中在欲传输的方向，由于将能量集中在了某一个特定的方向，避免了分散到各个方向带来的衰减，因而信号强度较强，信号质量较好，从而可以获得较高的空间分辨率，增加信号品质并减少与其他用户间的干扰。在大规模MIMO系统中阵列天线的天线阵元较多，尤其是天线阵元紧密排列时，天线阵元间互耦效应对波束赋形性能的影响将不可忽略；为了改善波束赋形的性能，需要获取大规模MIMO系统中发射端和接收端的阵列天线的互耦阻抗。

仿真计算法是现有技术中获得MIMO系统中阵列天线的互耦阻抗常用的方法。仿真计算法的基本原理为，首先计算一个小型阵列的互耦阻抗然后利用它来等效建构大型阵列天线的互耦阻抗。常见的仿真计算法包括矩量法、有限元法、时域有限差分等数值算法。

在实际应用中，一些环境参数例如温度、湿度的变化，天线高度的变化等都将会带来互耦阻抗的变化；因而当阵列天线规模较大，并且各个天线阵元的间距较小时，从上述数值算法得到阵列天线的互耦阻抗为一种理论上的结果，和真实情况存在较大误差，因而现有技术计算得到的阵列天线的互耦阻抗不准确。

发明内容

本发明提供一种阵列天线的互耦阻抗的计算方法及装置，以解决现有技术中存在的通过仿真计算法得到的阵列天线的互耦阻抗不准确的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种阵列天线的互耦阻抗的计算方法，包括：

为所述阵列天线中的每个天线阵元施加预设次数的特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于预设矩阵Q的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同；

在每次施加所述激励电压后，获取目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压并根据已获取的所述每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压，得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值，所述目标天线阵元集合包括至少一个天线阵元，所述第一参数G_nn为对角矩阵G的第n个对角元素；根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值，所述第二参数D_nn为对角矩阵D的第n个对角元素；

根据经过预设次数得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的所有第二参数D_nn的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′；

根据已得到的与所述目标天线阵元集合中每一个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′，得到所述阵列天线的互耦阻抗Z。

结合第一方面，在第一方面的第一种实现方式中，所述根据已获取的每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压，得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值，具体包括：

计算已获取的每个天线阵元正负极间的电压和对应的特定激励电压的比值，将所述比值确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值。

结合第一方面或者第一方面的第一种实现方式，在所述第一方面的第二种实现方式中，所述根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值，具体包括：

根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，通过公式G_nn＝D_nn/(D_nn+Z_L)，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值。

结合第一方面或者第一方面的第一种实现方式、第二种实现方式中的任意一种实现方式，在第一方面的第三种实现方式中，所述阵列天线包括环形阵列天线；

所述为所述阵列天线中的每个天线阵元施加预设次数的特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于预设矩阵Q的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，具体包括：

为所述环形阵列天线中的每个天线阵元施加N次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第一预设矩阵Q₁的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第一预设矩阵Q₁中的元素为：

所述N为所述环形阵列天线中天线阵元的个数，所述m和n的取值为1至N之间的任意自然数；

所述根据经过预设次数得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的所有第二参数D_nn的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′，具体包括：

将经过N次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的N个第二参数D_nn的值，分别确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的对角矩阵D的每个对角元素的值；

将所述对角矩阵D进行离散傅里叶逆变换后，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。

结合第一方面，或者第一方面的第一种实现方式、第二种实现方式中的任意一种实现方式，在第一方面的第四种实现方式中，

所述阵列天线包括线阵列天线；

为所述线阵列天线中的每个天线阵元施加2次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第二预设矩阵Q₂的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第二预设矩阵Q₂中的元素为：

其中所述N为所述线阵列天线中天线阵元的个数，所述m和n的取值为1至N之间的任意自然数；

将经过2次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的2个第二参数D_nn的值，通过公式

计算得到Z₁和Z₂的值，所述Z₁为所述线阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，所述Z₂为所述线阵列天线中相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗；

根据已计算得到的所述Z₁和Z₂的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。

结合第一方面，或者第一方面的第一种实现方式、第二种实现方式中的任意一种实现方式，在第一方面的第五种实现方式中，所述阵列天线包括包含M行和N列的矩形面阵列天线；

为所述包含M行和N列的矩形面阵列天线中的每个天线阵元施加3次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第三预设矩阵Q₃的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第三预设矩阵

所述Q₃₁中的元素为

所述k和l的取值为1至N之间的任意自然数，所述Q₃₂中的元素为

所述p和q的取值为1至M之间的任意自然数；

将经过3次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的3个第二参数D_nn的值，通过公式

计算得到Z₁、Z_2x和Z_2y的值，，其中n＝(a-1)×M+b，a的取值为1至N之间的任意自然数，b的取值为1至M之间的任意自然数，所述Z₁为所述矩形面阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，所述Z_2x为所述矩形面阵列天线中行方向上相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗，所述Z_2y为所述矩形面阵列天线中列方向上相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗；

根据已计算得到的所述Z₁、Z_2x和Z_2y的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。

结合第一方面，或者第一方面的第一种、第二种、第三种、第四种、第五种实现方式中的任意一种实现方式，在第一方面的第六种实现方式中，所述根据已得到的与所述目标天线阵元集合中每一个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′，得到所述阵列天线的互耦阻抗Z，具体包括：

如果所述目标天线阵元集合中包括一个天线阵元，则将得到的一个互耦阻抗估计值Z′确定为所述阵列天线的互耦阻抗；

如果所述目标天线阵元集合中包括至少两个天线阵元，则将所述至少两个互耦阻抗估计值Z′通过最小均方误差算法，计算得到所述阵列天线的互耦阻抗Z。

第二方面，本发明提供了一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，包括：

施加模块，用于为所述阵列天线中的每个天线阵元施加预设次数的特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于预设矩阵Q的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同；

获取模块，用于在所述施加模块每次施加所述特定激励电压后，获取目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压，所述目标天线阵元集合包括至少一个天线阵元；

计算模块，用于在每次施加激励电压后，根据所述获取模块已获取的所述每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压，得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值，所述第一参数G_nn为对角矩阵G的第n个对角元素；

根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值，所述第二参数D_nn为对角矩阵D的第n个对角元素；

处理模块，用于根据已得到的与所述目标天线阵元集合中每一个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′，得到所述阵列天线的互耦阻抗Z。

结合第二方面，在第二方面的第一种实现方式中，所述计算模块，还用于计算已获取的每个天线阵元正负极间的电压和对应的特定激励电压的比值，将所述比值确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值。

结合第二方面或者第二方面的第一种实现方式，在第二方面的第二种实现方式中，所述计算模块，还用于根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，通过公式G_nn＝D_nn/(D_nn+Z_L)，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值。

结合第二方面或者第二方面的第一种实现方式、第二种实现方式中的任意一种实现方式，在第二方面的第三种实现方式中，所述施加模块，还用于当所述阵列天线包括环形阵列天线时，为所述环形阵列天线中的每个天线阵元施加N次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第一预设矩阵Q₁的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第一预设矩阵Q₁中的元素为：

所述计算模块，还用于将经过N次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的N个第二参数D_nn的值，分别确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的对角矩阵D的每个对角元素的值；

结合第二方面或者第二方面的第一种实现方式、第二种实现方式中的任意一种实现方式，在第二方面的第四种实现方式中，

所述施加模块，还用于当所述阵列天线包括线阵列天线时，为所述线阵列天线中的每个天线阵元施加2次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第二预设矩阵Q₂的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第二预设矩阵Q₂中的元素为：

所述计算模块，还用于将经过2次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的2个第二参数D_nn的值，通过公式

结合第二方面或者第二方面的第一种实现方式、第二种实现方式中的任意一种实现方式，在第二方面的第五种实现方式中，所述施加模块，还用于当所述阵列天线包括包含M行和N列的矩形面阵列天线时，为所述包含M行和N列的矩形面阵列天线中的每个天线阵元施加3次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第三预设矩阵Q₃的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第三预设矩阵

所述Q₃₁中的元素为

所述p和q的取值为1至M之间的任意自然数；

所述计算模块，还用于将经过3次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的3个第二参数D_nn的值，通过公式

计算得到Z₁、Z_2x和Z_2y的值，其中n＝(a-1)×M+b，a的取值为1至N之间的任意自然数，b的取值为1至M之间的任意自然数，所述Z₁为所述矩形面阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，所述Z_2x为所述矩形面阵列天线中行方向上相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗，所述Z_2y为所述矩形面阵列天线中列方向上相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗；

结合第二方面或者第二方面的第一种实现方式、第二种实现方式、第三种、第四种、第五种实现方式中的任意一种实现方式，在第二方面的第六种实现方式中，所述处理模块，还用于当所述目标天线阵元集合中包括一个天线阵元时，将得到的一个互耦阻抗估计值Z′确定为所述阵列天线的互耦阻抗；

当所述目标天线阵元集合中包括至少两个天线阵元时，将所述至少两个互耦阻抗估计值Z′通过最小均方误差算法，计算得到所述阵列天线的互耦阻抗Z。

第三方面，本发明还提供了一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，包括：

处理器，用于为所述阵列天线中的每个天线阵元施加预设次数的特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于预设矩阵Q的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同；

电压传感器，用于在每次施加所述激励电压后，获取目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压；

所述处理器，还用于根据电压传感器获取的所述每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压，得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值并通过存储器存储，所述目标天线阵元集合包括至少一个天线阵元，所述第一参数G_nn为对角矩阵G的第n个对角元素；

所述处理器，还用于根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及所述存储器存储的每个第一参数G_nn的值，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值并通过存储器存储，所述第二参数D_nn为对角矩阵D的第n个对角元素；

所述处理器，还用于根据所述存储器存储的经过预设次数得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的所有第二参数D_nn的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′；

根据第三方面，在第三方面的第一种实现方式中，所述处理器，还用于计算已获取的每个天线阵元正负极间的电压和对应的特定激励电压的比值，将所述比值确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值。

结合第三方面或者第三方面的第一种实现方式，在第三方面的第二种实现方式中，所述处理器，还用于根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，通过公式G_nn＝D_nn/(D_nn+Z_L)，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值。

结合第三方面或者第三方面的第一种、第二种实现方式中的任意一种实现方式，在第三方面的第三种实现方式中，所述处理器，还用于当所述阵列天线包括环形阵列天线时，为所述环形阵列天线中的每个天线阵元施加N次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第一预设矩阵Q₁的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第一预设矩阵Q₁中的元素为：

结合第三方面或者第三方面的第一种、第二种实现方式中的任意一种实现方式，在第三方面的第四种实现方式中，所述处理器，还用于当所述阵列天线包括线阵列天线时，为所述线阵列天线中的每个天线阵元施加2次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第二预设矩阵Q₂的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第二预设矩阵Q₂中的元素为：

结合第三方面或者第三方面的第一种、第二种实现方式中的任意一种实现方式，在第三方面的第五种实现方式中，所述处理器，还用于当所述阵列天线包括包含M行和N列的矩形面阵列天线时，为所述包含M行和N列的矩形面阵列天线中的每个天线阵元施加3次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第三预设矩阵Q₃的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第三预设矩阵

所述Q₃₁中的元素为

所述p和q的取值为1至M之间的任意自然数；

结合第三方面或者第三方面的第一种、第二种、第三种、第四种、第五种实现方式中的任意一种实现方式，在第三方面的第六种实现方式中，所述处理器，还用于当所述目标天线阵元集合中包括一个天线阵元时，将得到的一个互耦阻抗估计值Z′确定为所述阵列天线的互耦阻抗；

本发明提供的阵列天线的互耦阻抗的计算方法及装置，通过多次施加特定激励电压，并在每次施加特定激励电压之后，获取包含至少一个天线阵元的目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压，并根据获取的每个天线阵元正负极间的电压以及每个天线阵元对应的特定激励电压分别计算每个天线阵元对应的第一参数，且根据该第一参数以及天线阵元的负载阻抗计算得到第二参数，再根据该第二参数与阵列天线的互耦阻抗之间的关系计算得到阵列天线的互耦阻抗。与现有技术中首先计算一个小型阵列的互耦阻抗然后利用它来等效建构大型阵列的互耦阻抗相比，本发明由于以阵列天线本身为测量实体，通过施加特定形式的激励电压，且实时获取该阵列天线中一个或多个天线阵元正负极间的电压，并以实时获取的电压和激励电压为基础经过运算后得到阵列天线的互耦阻抗，因而本发明提供的阵列天线的互耦阻抗的计算方法能够提高阵列天线的互耦阻抗的准确性，进而可以改善大规模MIMO系统的波束赋形性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的常见的大规模阵列天线的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种阵列天线的互耦阻抗的计算方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种环形阵列天线的互耦阻抗的计算方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的由4个天线阵元组成的环形阵列天线示意图；

图5为本发明实施例提供的一种线阵列天线的互耦阻抗的计算方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的由4个天线阵元组成的线阵列天线的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种矩形面阵列天线的互耦阻抗的计算方法的流程示意图；

图8为本发明实施例提供的一种由9个天线阵元组成的矩形面阵列天线的示意图；

图9为本发明实施例提供的一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术中存在的大规模阵列天线的互耦阻抗的计算结果不准确的问题，本发明实施例提供了一种阵列天线的互耦阻抗的计算方法。本发明实施例提供的方法可以应用于任何规模的阵列天线中，例如，包含4个天线阵元的环形阵列天线、线阵列天线和矩形面阵列天线，尤其应用于包含天线阵元个数较多的大规模阵列天线中，例如由15个以上天线阵元组成的阵列天线。常见的大规模阵列天线包括线阵列天线、环形阵列天线和矩形面阵列天线等。如图1所示为常见的大规模阵列天线的结构示意图；其中，多个天线阵元等间距呈直线排列形成的阵列天线为线阵列天线；多个天线阵元等间距呈环形排列形成的阵列天线为环形阵列天线；多个天线阵元等间距呈矩形排列形成的阵列天线为矩形面阵列天线。

本发明实施例提供了一种阵列天线的互耦阻抗的计算方法包括：对不同类型阵列天线施加对应的外部激励电压信号；(可选地，可以利用电压传感器)检测天线阵元中部分阵元的电压变化；利用激励电压与阵元电压之间的关系(例如二者之比)，获取阵列天线的互偶阻抗或互耦阻抗矩阵。通过这种简单的测量计算方式，可以在很小复杂度的情况下实现获取较高精度的互耦阻抗。

实施例1：

阵列天线的互耦阻抗经分解可通过下述公式(1)表达：

Z＝QDQ^H (1)

其中，公式(1)中的Q为步骤101中所指的预设矩阵，Q^H为预设矩阵Q的共轭转置矩阵，Q和Q^H为已知的具有正交性质的酉矩阵；D为未知的对角矩阵，因而根据公式(1)，若想求取阵列天线的互耦阻抗Z，需要求取对角矩阵D。

此外，根据电路原理，阵列天线中各个天线阵元正负极间的电压形成的电压向量U和各个天线阵元的电流形成的天线电流向量I之间的关系为：U＝ZI；由于每个天线阵元施加的特定激励电压、天线阵元的负载阻抗和天线阵元分别形成一个闭环回路，所以整个阵列天线中，各个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量U_E、各个天线阵元正负极间的电压形成的电压向量U与各个天线阵元的电流形成的天线电流向量I、阵列天线的负载阻抗Z_L的对应关系为U＝U_E-Z_LI；因而可以得到阵列天线中各个天线阵元正负极间的电压形成的电压向量U与各个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量U_F之间的关系可通过下述公式(2)表达：

U＝QGQ^HU_E (2)

其中，G为未知的对角矩阵，且对角矩阵G的对角元素G_nn与对角矩阵D的对角元素D_nn之间存在公式(3)所述的对应关系：

此外，公式(2)中每个天线阵元两侧的电压可以通过电压传感器读取得到，而Q、Q^H、U_F为已知矩阵，因而利用公式(2)可求取矩阵G的对角元素G_nn，该具体过程包括：当激励电压向量U_E设定为Q的第n个列向量U_E，n，根据矩阵的乘法规则和Q矩阵的复正交性，将U_E，n代入公式(2)中，可得U＝QGQ^HU_E，n＝QGB，其中B为列向量，该列向量第n行元素为1，其它元素为0。进一步运算得到U＝QC，其中C为列向量，该列向量的第n行元素为G_nn，其它元素为0，最终得到U＝U_E，nG_nn。因而可以得到此时阵列天线中各个天线阵元正负极间的电压形成的电压向量U的值为G_nn乘以Q的第n个列向量(激励电压U_E，n)。因此，如果外部激励电压U_E设置为正比于矩阵Q的第n个列向量，则任意一个天线阵元正负极间的电压会正比于施加于该天线阵元两侧的电压，且二者之间的正比例系数为G_nn。

求取G_nn后再根据公式(3)求取对角矩阵D的对角元素D_nn，进而求取阵列天线的互耦阻抗Z。

因而，当为阵列天线中每个天线阵元施加特定形式的激励电压时，阵列天线中各个天线阵元的正负极之间存在电压；且针对阵列天线中任意一个天线阵元，该任意一个天线阵元正负极间的电压、施加于该天线阵元的特定激励电压和阵列天线的互耦阻抗三者之间存在一定的对应关系，因而可通过为阵列天线中每个天线阵元施加特定形式的激励电压后，获取任意一个天线阵元正负极间的电压，根据获取的该任意一个天线阵元正负极间的电压、施加于该任意一个天线阵元的特定激励电压经过运算后得到阵列天线的互耦阻抗估计值。此外，为了得到阵列天线的互耦阻抗的精确值，可选取多个天线阵元，对每个天线阵元采用相同的运算方式后得到与每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值，再根据得到的互耦阻抗估计值得到阵列天线的互耦阻抗。基于此原理，如图2所示，本实施例提供的阵列天线的互耦阻抗的计算方法包括：

101：为所述阵列天线中的每个天线阵元施加预设次数的特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于预设矩阵Q的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同。

与现有技术不同的是，本实施例中为每个天线阵元所施加的激励电压为特定形式的激励电压。所指的特殊形式的意思为，每次为所有天线阵元施加的激励电压形成的(或组成的)激励电压向量正比于预设矩阵Q的第n个列向量，例如：在每次施加激励电压时，可将预设矩阵Q的第n个列向量中每一个元素或者将该第n个列向量的的每一个元素均乘以一定倍数后对应的值确定为每个天线阵元的激励电压。且不同次对应的所述激励电压向量分别正比于预设矩阵Q的不同列向量，也即每次施加特定激励电压时，对应的n不同；例如在第1次施加激励电压时，可将预设矩阵Q的第1个列向量中每一个元素的值或者将第1个列向量中的每一个元素乘以一定倍数后对应的值依次确定为每个天线阵元的激励电压；但在第2次施加特定激励电压时，可将预设矩阵的第2个列向量或者将第2个列向量中每一个元素乘以一定倍数后对应的值依次确定为每个天线阵元的激励电压。

一般而言，阵列天线的互耦阻抗可以分解为一个已知的具有正交性质的酉矩阵、一个未知的对角矩阵以及该酉矩阵的共轭转置矩阵相乘的形式，本实施例中所指的所述预设矩阵Q即是指所述阵列天线的互耦阻抗分解后得到的具有正交性质的酉矩阵，由于不同形态的阵列天线的互耦阻抗的表达形式不同因而其分解得到的具有正交性质的酉矩阵的具体形态也不相同。例如：当所述阵列天线为包含N个天线阵元的环形阵列天线时，所述预设矩阵Q为一种N×N的归一化的离散傅里叶逆变换(Inverse Discrete Fourier Transform，IDFT)矩阵，矩阵Q中的元素的表达形式为

其中m和n的取值均为1至N之间的自然数；当所述阵列天线为包含N个天线阵元的线阵列天线时，所述预设矩阵Q为一种N×N的离散正弦变换(Discrete Sine Transform，DST)矩阵，该矩阵中的元素的表达形式为

其中m和n的取值均为1至N之间的自然数；当所述阵列天线为包含M行和N列的矩形面阵列天线时，所述预设矩阵Q为一种(M×N)行(M×N)列的矩阵，其表达形式为

所述Q₃₁中的元素为

所述k和I的取值为1至N之间的任意自然数，所述Q₃₂中的元素为

所述p和q的取值为1至M之间的任意自然数。

所述预设次数与需要求取的阵列天线的互耦阻抗分解后得到的未知对角矩阵中的对角元素的个数相关，而不同形态的阵列天线的互耦阻抗分解得到的对角矩阵的表达形式也不相同，因而所述预设次数也和阵列天线的具体形态有关，例如：当阵列天线为包含N个天线阵元的环形阵列天线时，该环形阵列天线的互耦阻抗的分解后得到的对角矩阵的对角元素的表达式为

其中m和n的取值为1至N之间的自然数，Z₁为环形阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，Z_i(i的取值为2至N)为以第一个天线阵元为基准的，该天线阵元与相邻阵元的互耦阻抗，均为未知参数，需要求取N个对角元素才能求取Z₁至Z_N的值，相应的预设次数为N次；当阵列天线为包含N个天线阵元的线阵列天线时，线阵列天线的互耦阻抗分解后得到的对角矩阵的对角元素的表达形式为

其中，Z₁为线阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，所述Z₂为线阵列天线中相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗；n的取值为1至N之间的自然数，该对角元素的表达形式中，有Z₁和Z₂两个未知参数，因而需要求取2个对角元素，得到两个方程并求取方程的解，得到Z₁和Z₂的值，相应的该预设次数为2次；当阵列天线为包含M行N列天线阵元的矩形面阵列天线时，矩形面阵列天线的互耦阻抗分解后得到的对角矩阵的对角元素的表达形式为

其中n＝(a-1)×M+b，a的取值为1至N之间的任意自然数，b的取值为1至M之间的任意自然数，Z₁表示矩形面阵列天线中天线阵元的自阻抗，Z_2x表示行方向上相邻阵元之间的互耦阻抗；Z_2y表示列方向上相邻阵元之间的互耦阻抗；在上式中，总共有Z₁、Z_2x和Z_2y三个未知变量，相应的该预设次数为3次。

进一步地，当施加特定激励电压的次数超过预设次数(如：分别超过N、2、3)时，可以得到更多的D_nn，则可以选择预设次数的D_nn来进行计算，也可以用多余的D_nn都进行计算，得到更多的互耦阻抗估计值后利用最小均方误差的方法来得到更精确的互耦阻抗。例如：当对面阵列天线施加特定激励电压的次数为6次时，可以得到6个D_nn，从而可以得到两组Z₁、Z_2x和Z_2y，进而可以得到两个互耦阻抗，然后对这两个互耦阻抗利用最小均方误差的方法得到更精确的互耦阻抗。

在施加激励电压时，可通过基带信号发送正比于预设矩阵Q的第n个列向量的信号到天线阵元端口上来施加；还可根据预设矩阵Q的第n个列向量的各个元素的相位和幅度，通过外部可编程控制电路来施加，该具体实现过程可参考现有技术。

102：在每次施加所述特定激励电压后，获取目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压并根据已获取的所述每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压，得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值，所述目标天线阵元集合包括至少一个天线阵元，所述第一参数G_nn为对角矩阵G的第n个对角元素；根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值，所述第二参数D_nn为对角矩阵D的第n个对角元素。

其中，所指的目标天线阵元集合为从所述阵列天线中选取一定个数的天线阵元所形成的集合。每次施加所述特定激励电压后，执行本步骤时对应的目标天线阵元集合相同。因而每次执行本步骤时，会得到与所述目标天线阵元集合中的每一个天线阵元对应的第二参数D_nn的值。

可选的，在本步骤的具体实现过程中，可通过电压传感器实时获取目标天线阵元集合中每一个天线阵元正负极间的电压。另外，所对应的特定激励电压即为步骤101中为每个天线阵元施加的特定激励电压。

可选的，所述根据已获取的每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压，得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值，具体包括：

可选的，所述根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值，具体包括：

其中，G_nn和D_nn中n的取值与阵列天线的互耦阻抗分解得到的对角矩阵G和D相关，例如：当阵列天线为包含N个天线阵元的环形阵列天线时，该阵列天线对应的对角矩阵G和D均为N×N的对角矩阵，G_nn和D_nn中n的取值均为1至N之间的自然数；当该阵列天线为包含N个天线阵元的线阵列天线时，该阵列天线对应的对角矩阵G和D均为N×N的对角矩阵，G_nn和D_nn中n的取值均为1至N之间的自然数；当该阵列天线为包含M行N列天线阵元的矩形面阵列天线时，对应的对角矩阵G和D均为M×N行M×N列的对角矩阵，n的取值为1至M×N之间的自然数。

其中，所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L可通过查阅生产厂家提供的天线阵元的资料得到。

需要说明的是，上述计算过程中得到的G_nn为对角矩阵G的第n个元素；相应的D_nn为对角矩阵D的第n个元素；这与步骤101中施加特定激励电压时，激励电压向量对应的预设矩阵Q的第n个列向量相对应，其取值与第n个列向量的取值相同。例如，步骤101中，某次施加的激励电压向量对应的为预设矩阵Q的第1个列向量，则本步骤中得到的为G₁₁和D₁₁；步骤101中，某次激励电压向量对应的为预设矩阵Q的第2个列向量，则本步骤中得到的为G₂₂和D₂₂。

当施加完预设次数的特定激励电压后，通过本步骤可得到与目标天线阵元集合中的每个天线阵元对应的多个第二参数D_nn的值。每个天线阵元对应的第二参数D_nn的个数与施加的特定激励电压的次数相同。

103：根据经过预设次数得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的所有第二参数D_nn的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。

在本步骤的具体实现过程中，根据同一个天线阵元对应的多个第二参数D_nn的值可计算得到该天线阵元对应的一个互耦阻抗估计值，因而最终得到与目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值，且每个天线阵元的计算过程相同，例如：当阵列天线为包含N个天线阵元的环形阵列天线时，对应的预设次数为N次，因而共得到N个第二参数D_nn的值，则本步骤是将一个天线阵元对应的N个第二参数D_nn的值分别确定为对角矩阵D的N个对角元素，得到对角矩阵D的表达形式，然后将对角矩阵D经离散傅里叶逆变化后得到环形阵列天线的一个互耦阻抗估计值；当阵列天线为包含N个天线阵元的线阵列天线时，对应的预设次数为2次，本步骤是将一个天线阵元对应的2个第二参数D_nn通过分别代入公式

得到两个方程，通过解该两个方程计算得到Z1和Z₂的值，其中，所述Z₁为所述线阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，所述Z₂为所述线阵列天线中相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗，将Z₁和Z₂代入线阵列天线的互耦阻抗的表达式

中，得到线阵列天线的一个互耦阻抗估计值；当阵列天线为M行N列的矩形面阵列天线时，其对应的预设次数为3次，本步骤是将一个天线阵元对应的3个第二参数D_nn通过分别代入公式

得到三个方程，通过求解方程，得到未知参数Z_2x，Z_2y和Z₁的值，进而得到所有的对角元素的值，再通过对角矩阵与矩形面阵列天线的互耦阻抗之间的对应关系Z＝QDQ^H，得到一个矩形面阵列天线的互耦阻抗估计值。或者，D_nn构成了公式(1)中对角矩阵D的对角线上的n个值，从而可以确定D，然后利用得到的对角矩阵D得到互耦阻抗估计值；另外，也可以按照矩阵展开，分别计算每个矩阵元素对应值的方式一一得到互耦阻抗估计值。此外，本步骤中之所以称之为互耦阻抗估计值，是因为根据不同天线阵元计算得到的阵列天线的互耦阻抗之间可能存在误差。

根据阵列天线的不同形态，第二参数D_nn与阵列天线的互耦阻抗之间的对应关系也不相同，其具体计算过程需要结合阵列天线的具体形态，详见下述各个实施例。

104：根据已得到的与所述目标天线阵元集合中每一个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′，得到所述阵列天线的互耦阻抗Z。

作为本步骤的一种实现方式，如果所述目标天线阵元集合中包括一个天线阵元，则将得到的一个互耦阻抗估计值确定为所述阵列天线的互耦阻抗。

一般而言，为了减少操作流程，可选取阵列天线中的任意一个天线阵元作为当目标天线阵元集合中仅包括一个天线阵元时，通过本实施例提供的方法可得到该天线阵元对应的互耦阻抗估计值，可将该估计值直接确定为阵列天线的阻抗值。

作为本步骤的另一种实现方式，如果所述目标天线阵元集合中包括至少两个天线阵元，则将所述至少两个互耦阻抗估计值通过最小均方误差算法，计算得到所述阵列天线的互耦阻抗。

一般而言，为了得到更精确的阵列天线的互耦阻抗，所选取的目标天线阵元集合中天线阵元的个数不限于1个，因而可通过计算多个互耦阻抗估计值，再将多个互耦阻抗估计值通过最小均方误差算法计算后得到最终的天线系统的互耦阻抗。

本发明提供的阵列天线的互耦阻抗的计算方法，通过多次施加特定激励电压，并在每次施加特定激励电压之后，获取包含至少一个天线阵元的目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压，并根据获取的每个天线阵元正负极间的电压以及每个天线阵元对应的特定激励电压分别计算每个天线阵元对应的第一参数，且根据该第一参数以及天线阵元的负载阻抗计算得到第二参数，再根据该第二参数与阵列天线的互耦阻抗之间的关系计算得到阵列天线的互耦阻抗。与现有技术中首先计算一个小型阵列的互耦阻抗然后利用它来等效建构大型阵列的互耦阻抗相比，本发明由于以阵列天线本身为测量实体，通过施加特定形式的激励电压，且实时获取该阵列天线中一个或多个天线阵元正负极间的电压，并以实时获取的电压和特定激励电压为基础经过运算后得到阵列天线的互耦阻抗，因而本发明提供的阵列天线的互耦阻抗的计算方法能够提高阵列天线的互耦阻抗的准确性，进而可以改善大规模MIMO系统的波束赋形性能。

此外，现有技术中还存在一种用于测量MIMO系统中阵列天线的互耦阻抗的实时测量法。在该方法中，将天线阵列等效为一个电路网络，通过为天线阵列中的天线阵元施加激励电压，并且测量每个天线阵元正负极间的电压，再通过矩阵求逆后求得MIMO系统中阵列天线的互耦阻抗；但是该计算方法需要测量大量的参数，如所有天线阵元正负极间的电压等；且计算过程中需要求解矩阵的逆，则当阵列天线中包含的天线阵元的数量较多时，矩阵求逆的运算量会迅速增长，因此现有的这种实时测量法较复杂，尤其是在维度很高的情况下，矩阵求逆的复杂度非常高；而本申请通过简单的矩阵乘法就实现了获得阵列天线的互耦阻抗，复杂度大大降低。

而本发明提供的计算方法由于仅需测量一个或多个天线阵元正负极间的电压，且在求解过程中仅需通过简单的求比值、解方程等运算，无需进行矩阵求逆的运算，因而能够减少计算量，其实现过程相对于现有的实时测量法较简单。

由于本发明实施例所指的阵列天线可能存在不同的形态，因而，在结合图2所示的方法的基础上，本实施例给出了环形阵列天线、线阵列天线和矩形面阵列天线的互耦阻抗的具体计算方法，分别如下所示。

实施例2：

环形阵列天线(Uniform Circular Arrays，UCA)是一个由多个天线阵元按照圆形的方式组合在一起形成的一个天线阵，天线阵元之间的间距是固定的，是一种常见的阵列天线。

当所述阵列天线为包含N个天线阵元的环形阵列天线时，经发明人研究发现，由于UCA的N个天线阵元均匀分布，因而UCA的互耦阻抗是循环矩阵，其表达式为：

其中Z₁是每个天线阵元的自阻抗，Z_i为以第1个天线阵元为基准，该天线阵元与每一个相邻的天线阵元之间的互耦阻抗。

由于本实施例中矩阵Z既是一个共轭对称矩阵，且是循环矩阵，根据循环矩阵的特性，所述矩阵Z能够被分解为：

Z＝QDQ^H (5)

其中，Q为归一化的离散傅里叶逆变换(IDFT)矩阵，Q^H为矩阵Q的共轭转置矩阵，则Q^H是一个归一化的离散傅里叶变换(DFT)矩阵；且矩阵Q由下列元素构成：

公式(6)中的N为环形阵列天线中天线阵元的个数。

其中，D为未知的对角矩阵，其对角元素为：

通过公式(7)所提供的对角元素的表达形式可知，D_nn是Z_m的离散傅里叶变换，所指的Z_m也即是上述Z_i。

此外，环形阵列天线中所有天线阵元正负极间的电压形成的电压向量U和天线电流向量I有下列关系：

U＝ZI (8)

且由电路原理可知，天线阵元两侧的激励电压向量U_F、天线阵元正负极间的电压向量U与天线电流向量I存在下述对应关系：

U＝U_E-Z_LI (9)

其中，Z_L是该环形阵列天线对应的负载阻抗矩阵，假设每一个天线阵元的负载阻抗相等，则该环形阵列天线的负载阻抗矩阵Z_L正比于单位矩阵。

结合上述公式(8)和(9)，可以得到下述公式：

U＝Z(Z+Z_L)^-1U_E (10)

结合上述公式(5)和公式(10)，可得到天线阵元正负极间的电压向量的另一种表达形式，如下述公式(11)所示：

U＝QGQ^HU_E (11)

其中G是对角矩阵，其对角线上的元素可通过对角矩阵D的对角线上的元素可通过下述公式(12)计算得到：

由上述公式(4)到(12)的推导过程可知，由于矩阵Q可通过公式(6)直接给出，因而若想求出环形阵列天线的互耦阻抗，仅需要求出对角矩阵D即可；此外，如果激励电压向量U_E取矩阵Q的任一列向量，则天线电压向量也会正比于激励电压向量U_E，二者之间相差一个比例系数G_nn。这样，对于任意一个天线阵元，如果我们用每次该天线阵元正负极间的电压除以激励电压，就能得到每一个对角元素G_nn。通过N次施加不同的特定激励电压，获取单独一个天线阵元对应的特定激励电压和其两侧的电压的比值，就可以得到对角矩阵G的所有元素。一旦对角矩阵G已知，D就能够被计算出来，然后通过对矩阵D作IDFT，就可以得到环形阵列天线的互耦阻抗Z。

基于环形阵列天线的上述推导过程，环形阵列天线的互耦阻抗的计算为上述推导过程的逆过程，其具体计算过程如图3所示，包括：

201：为所述环形阵列天线中的每个天线阵元施加N次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第一预设矩阵Q₁的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第一预设矩阵Q₁中的元素为：

所述N为所述环形阵列天线中天线阵元的个数，所述m和n的取值为1至N之间的任意自然数。

每次施加的所述特定激励电压可以通过基带信号发送满足第一预设矩阵Q₁的第n个列向量特征的信号到天线阵元端口上来施加；也可以根据Q₁的第n个列向量的幅度和各个元素的相位，通过外部可编程控制电路来施加，该具体实现过程可参考现有技术。

202：在每次施加所述特定激励电压后，获取目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压并根据已获取的所述每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压，得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值，所述目标天线阵元集合包括至少一个天线阵元，所述第一参数G_nn为对角矩阵G的第n个对角元素。

在每次施加步骤201所指的特定形式的激励电压后，本步骤中，可通过公式(11)，由已获取的所述每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压的比值，得到第一参数G_nn的值。

203：根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值，所述第二参数D_nn为对角矩阵D的第n个对角元素。

在本步骤中，可通过公式(12)，由G_nn计算得到D_nn的值。

此外，需要说明的是，步骤202和步骤203为每次施加完特定激励电压后都需要执行的步骤，从而，若对整个阵列天线施加N次特定激励电压，则对于所述目标天线阵元集合中的每个天线阵元可以得到N个第二参数D_nn。

204：将经过N次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的N个第二参数D_nn的值，分别确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的对角矩阵D的每个对角元素的值。

在环形阵列天线中，需要施加N次特定激励电压，经过施加N次特定激励电压后，最后得到与每个天线阵元对应的N个第二参数D_nn；由于对角矩阵D为N×N的对角矩阵，因而对角矩阵D共有N个对角元素，每次施加特定激励电压后都能得到一个对角元素，不同次得到的对角元素不同，因而经过N次计算后，可计算得到对角矩阵D的所有对角元素的值。

205：将所述对角矩阵D进行离散傅里叶逆变换后，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。

在本步骤的具体实现过程中，由公式(7)所表示的对角矩阵D与阵列天线的互耦阻抗Z的对应关系，可得仅需将对角矩阵D经过离散傅里叶逆变换后便可得到环形阵列天线的互耦阻抗；当然也可以通过公式(5)计算得到，但该计算方法的计算量较大。

206：根据已得到的与所述目标天线阵元集合中每一个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′，得到所述环形阵列天线的互耦阻抗Z。

如果目标天线阵元集合中包括一个天线阵元，则将该天线阵元对应的互耦阻抗估计值直接确定为阵列天线的互耦阻抗。

如果目标天线阵元集合中包括至少两个天线阵元，则将所述至少两个天线阵元对应的互耦阻抗估计值通过最小均方误差法计算后得到阵列天线的互耦阻抗。

例如：以目标天线阵元集合中包括两个天线阵元为例，本步骤的具体实现过程如下：

天线阵元1和天线阵元2对应的对角矩阵D¹中的对角元素D_nn ⁽¹⁾和对角矩阵D²的对角元素D_nn ⁽²⁾分别如下所示：

此外，根据公式(5)中所表述的对角矩阵D、预设矩阵Q₁与环形阵列天线的互耦阻抗Z的关系，天线阵元1和天线阵元2对应的对角矩阵D¹和D²还可以通过下述公式(14)表示：

则根据最小均方误差法计算得到的环形阵列天线的互耦阻抗，如下所示：

此外，如图4所示，本实施例还给出了以天线阵元1、天线阵元2、天线阵元3和天线阵元4按照顺时针方向等间距排列组成的UCA示意图。其中，U_E1、U_E2、U_E3、U_E4分别为天线阵元1、2、3和4对应的特定激励电压，Z_L为每一个天线阵元的负载阻抗，本实施例中所选取的天线阵元的规格相同，因而每个天线阵元的负载阻抗Z_L也相同；激励电压和负载阻抗的虚线连接表示天线阵元连接电路原理示意，激励电压来自输入天线阵元端口的信号，负载阻抗Z_L由连接天线阵元端口的器件的特性决定，可通过查阅天线阵元的技术资料后得知。

实施例3：

线阵列天线(Uniform Linear Arrays，ULA)是一个由多个天线阵元按照线性的方式组合的，阵元之间的间距是固定的，也是一种常见的阵列天线。

发明人在研究中发现，由N个天线阵元组成的线阵列天线的互耦阻抗的表示形式如下：

其中，Z₁为所述线阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，所述Z₂为所述线阵列天线中相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗，而其他阵元之间之间的互耦阻抗很小，可以忽略。这样，矩阵Z可以被分解为：

Z＝QDQ^H (17)

其中，Q是一个离散正弦变换(DST)矩阵，而Q^H是其共轭转置矩阵。矩阵Q中的元素为：

对角矩阵D的对角元素可以由下式表述：

根据欧姆定律，天线上的电压向量以及电流向量有着如下关系：

U＝ZI (20)

当外部施加激励电压U_E时，根据电路原理，天线阵元的激励电压向量U_E、线阵列天线的负载阻抗矩阵Z_L、天线阵元正负极间的电压向量U之间存在如下关系：

U＝U_E-Z_LI (21)

其中Z_L是线阵列天线的的负载阻抗矩阵，当所有阵元所接的负载阻抗相等时，其为一个对角矩阵；

根据公式(20)和(21)，可得天线阵元电压与天线阵元的激励电压之间存在如公式(22)的关系：

U＝Z(Z+Z_L)^-1U_E (22)

结合公式(17)至公式(22)，可以得到：

U＝QGQ^HU_E (23)

其中G是一个对角矩阵，其对角上的元素G_nn与对角矩阵D的对角元素D_nn满足下述公式(24)的对应关系：

当天线阵元上的激励电压向量设置为矩阵Q的第n个列向量时，测量得到的所有天线阵元正负极间的电压形成的电压向量为该列向量乘以一个因数G_nn。因此，通过计算任意一个天线阵元两侧的实际电压与对应的特定激励电压的比值，就可以得到G_nn的值。通过施加两次特定激励电压，得到两个不同值的G_nn之后，便相应的可以得到两个D_nn的值，且由上述公式(19)可知，对角矩阵D的对角元素D_nn与Z₁和Z₂两个未知数相关；因而通过两个D_nn的值便就可以得到互耦阻抗中Z₁和Z₂的值，进而可以得到互耦阻抗Z的值。

基于线阵列天线的互耦阻抗的上述推导过程，线阵列天线的互耦阻抗的计算为上述推导过程的逆过程，其具体计算过程如图5所示，包括：

401：为所述线阵列天线中的每个天线阵元施加2次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第二预设矩阵Q₂的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第二预设矩阵Q₂中的元素为：

其中所述N为所述线阵列天线中天线阵元的个数，所述m和n的取值为1至N之间的任意自然数。

可选的，在每次施加特定激励电压时，可以通过基带信号发送满足第二预设矩阵Q₂的第n个列向量特征的信号到天线阵元端口上来施加，也可以通过外部可编程控制电路来施加，其具体过程可参考环形阵列天线可通过分路器、移相器、发射机等电路元件实现；但发射信号的幅度和相位与第二预设矩阵Q₂相关。

402：在每次施加所述特定激励电压后，获取目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压并根据已获取的所述每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压，得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值，所述目标天线阵元集合包括至少一个天线阵元，所述第一参数G_nn为对角矩阵G的第n个对角元素。

本步骤中，可通过公式(23)将已获取的目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压与对应的特定激励电压比值，确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值。

403：根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值，所述第二参数D_nn为对角矩阵D的第n个对角元素。

本步骤中，可通过公式(24)，根据步骤402中得到的第一参数G_nn的值计算得到第二参数D_nn的值。

需要说明的是，在每次施加特定激励电压后均需要执行步骤402和步骤403。

404：将经过2次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的2个第二参数D_nn的值，通过公式

计算得到Z₁和Z₂的值，所述Z₁为所述线阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，所述Z₂为所述线阵列天线中相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗。

将得到的两个第二参数D_nn的值代入公式

后，可得到关于未知数Z₁和Z₂的两个方程，求解该两个方程可以得到Z₁和Z₂的值。

405：根据已计算得到的所述Z₁和Z₂的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。

由于如公式(16)所示的线阵列天线的互耦阻抗Z仅与Z₁和Z₂相关，因而可将Z₁和Z₂的值代入Z的表达式中得到线阵列天线的互耦阻抗；当然也可通过Z₁和Z₂的值得到对角矩阵D的值，再通过公式(17)计算得到，但显然该计算方法的计算过程复杂。

406：根据已得到的与所述目标天线阵元集合中每一个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′，得到所述线阵列天线的互耦阻抗Z。

此外，如图6所示，以天线阵元1、天线阵元2、天线阵元3和天线阵元4等间距排列组成的ULA系统示意图，但该方法可以扩展到包含更多天线阵元的线阵列天线中。其中，U_E1、U_E2、U_E3、U_E4为分别为天线阵元1、2、3、4对应的特定激励电压，Z_L为天线阵元的负载阻抗。图中激励电压和负载阻抗的虚线连接表示天线阵元连接电路原理示意，激励电压来自输入天线阵元端口的信号，负载阻抗由连接天线阵元端口的器件的特性决定。

实施例4：

矩形面阵列天线(Uniform Panel Arrays，UPA)是一个由多个天线阵元按照矩形的方式组合的，各个阵元之间的间距是固定的，为另一种常见的阵列天线。

将天线阵列从一维的线性阵列拓展到二维的包含M行N列的矩形面阵列天线之后，其互耦阻抗Z可以由下式描述：

其中，

其中，Z的表达形式中的N×N表明矩阵Z为包含N×N个矩阵分块的分块矩阵，M×M表明每个分块矩阵为M行M列的矩阵，因而矩阵Z为M×N行M×N列的矩阵；Z₁自阻抗，Z_2x和Z_2y分别为行方向和和列方向上相邻阵元的互阻抗。互耦阻抗矩阵可以进行矩阵分解获得下式(25)：

Z＝QDQ^H (25)

其中，矩阵Q为已知的(M×N)×(M×N)的具有正交性质的酉矩阵；第三预设矩阵

所述Q₃₁中的元素为

所述p和q的取值为1至M之间的任意自然数。

矩阵D也为(M×N)×(M×N)的对角矩阵，其对角元素可通过下述公式(26)表示：

在上式中，总共有Z₁、Z_2x和Z_2y三个未知变量，其中n＝(a-1)×M+b，a的取值为1至N之间的任意自然数，b的取值为1至M之间的任意自然数，Z₁表示矩形面阵列天线中天线阵元的自阻抗；Z_2x表示行方向上相邻阵元之间的互耦阻抗；Z_2y表示列方向上相邻阵元之间的互耦阻抗。

此外，与环形阵列天线和线阵列天线的互耦阻抗的推导过程类似，还可得到矩形面阵列天线中天线阵元的实际电压与激励电压之间存在如公式(27)的对应关系：

U＝QGQ^HU_E (27)

其中G是一个对角矩阵，其对角元素G_nn与对角矩阵D的对角元素D_nn满足下述公式(28)的对应关系：

同样，当施加的激励电压向量为矩阵Q的第n个列向量时，所有天线阵元正负极间的电压形成的电压向量和天线阵元的激励电压向量之间相差一个比例系数G_nn。

在这样的情况下，根据矩阵D的元素的表达形式中，总共有Z₁、Z_2x和Z_2y三个未知变量，因而通过三次分别施加不同的特定激励电压，在每次施加特定激励电压后，通过计算任意一个天线阵元两侧的实际电压和施加于该天线阵元的特定激励电压的比值，得到对角矩阵G的三个对角元素，进而得到与之对应的对角矩阵D的三个对角元素的值，并通过对角矩阵D与互耦阻抗Z的对应关系，求得矩形面阵列天线的互耦阻抗Z的值。

基于矩形面阵列天线的互耦阻抗的上述推导过程，矩形面阵列天线的互耦阻抗的计算为上述推导过程的逆过程，其具体计算过程如图7所示，包括：

601：为所述矩形面阵列天线中的每个天线阵元施加3次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第三预设矩阵Q₃的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第三预设矩阵

所述Q₃₁中的元素为

所述p和q的取值为1至M之间的任意自然数。

其中，

表示克罗内克积(Kronecker积)，矩阵Q₃₁与包含N个天线阵元的线阵列天线对应的预设矩阵Q相同；矩阵Q₃₂与包含M个天线阵元的线阵列天线对应的预设矩阵Q相同。之所以矩形面阵列对应的预设矩阵采用这种描述形式，是由于矩形面阵列的互耦阻抗以及对应的第一参数可由线阵列天线的计算方法推导得到。

可选的，特定激励电压可以通过基带信号发送满足矩阵Q₃的第n个列向量特征的信号到天线阵元端口上来施加，也可以通过外部可编程控制电路来施加，其具体实现过程可参考环形天线阵列系统和线天线阵列系统，可通过分路器、移相器、发射机等电路元件实现；但发射信号的幅度和相位与第三预设矩阵Q₃相关。

602：在每次施加所述特定激励电压后，获取目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压并根据已获取的所述每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压，得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值，所述目标天线阵元集合包括至少一个天线阵元，所述第一参数G_nn为对角矩阵G的第n个对角元素。

本步骤中，可通过公式(27)，将已获取的目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压与对应的特定激励电压比值，确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值。

603：根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值，所述第二参数D_nn为对角矩阵D的第n个对角元素。

本步骤中，可通过公式(28)，根据第一参数G_nn与第二参数D_nn的对应关系，计算得到第二参数D_nn的值。

604：将经过3次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的3个第二参数D_nn的值，通过公式

计算得到Z₁、Z_2x和Z_2y的值，其中n＝(a-1)×M+b，a的取值为1至N之间的任意自然数，b的取值为1至M之间的任意自然数，所述Z₁为所述矩形面阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，所述Z_2x为所述矩形面阵列天线中行方向上相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗，所述Z_2y为所述矩形面阵列天线中列方向上相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗。

在矩形面阵列天线中，共施加了3次特定激励电压，因而经过上述步骤602和步骤603，共得到对角矩阵D的3个对角元素；将得到的3个对角元素的值代入公式

得到关于未知参数Z₁、Z_2x和Z_2y的三个方程，如下述(29)所示，且该三个方程线性无关，可以解得Z₁、Z_2x和Z_2y的值。

其中n₁＝(a₁-1)×M+b₁

其中n₂＝(a₂-1)×M+b₂

其中n₃＝(a₃-1)×M+b₃(29)

其中，a₁、a₂、a₃的取值为1至N之间的任意自然数，b₁、b₂、b₃的取值为1至M之间的任意自然数。

605：根据已计算得到的所述Z₁、Z_2x和Z_2y的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。

在本步骤的一种实现方式中，通过将计算得到Z₁、Z_2x和Z_2y代入矩形面阵列天线的互耦阻抗的表达式

中，得到目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的一个互耦阻抗估计值。

在本步骤的另一种实现方式中，当然还可以通过将计算得到Z₁、Z_2x和Z_2y代入公式(26)，可以得到对角矩阵D的所有对角元素的值，进而再通过公式(25)计算得到目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的一个互耦阻抗估计值，但此种算法的实现过程较复杂。

606：根据已得到的与所述目标天线阵元集合中每一个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′，得到所述矩形面阵列天线的互耦阻抗Z。

此外，如图8所示，以9根天线组成的UPA系统的示意图，但该方法可以扩展到更多天线的系统实现中。U_E11、U_E12、U_E13、U_E21、U_E22、U_E23、U_E31、U_E32、U_E33为外部激励电压，Z_L为天线阵元的负载阻抗。图中外部激励电压和负载阻抗的虚线连接表示天线阵元连接电路原理示意，外部激励电压来自输入天线阵元端口的信号，负载阻抗由连接天线阵元端口的器件的特性决定。

作为上述各方法的具体实现和应用，本发明实施例还提供了一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，该装置可以应用于基站侧，也可以应用于终端侧，只要需要计算阵列天线的互耦阻抗均可应用本发明实施例提供的装置，如图9所示，该装置包括：

施加模块801，用于为所述阵列天线中的每个天线阵元施加预设次数的特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于预设矩阵Q的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同。

获取模块802，用于在所述施加模块801每次施加所述特定激励电压后，获取目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压，所述目标天线阵元集合包括至少一个天线阵元。

计算模块803，用于在每次施加激励电压后，根据所述获取模块802已获取的所述每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压，得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值，所述第一参数G_nn为对角矩阵G的第n个对角元素；

根据经过预设次数得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的所有第二参数D_nn的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。

处理模块804，用于根据已得到的与所述目标天线阵元集合中每一个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′，得到所述阵列天线的互耦阻抗Z。

进一步的，所述计算模块803，还用于计算已获取的每个天线阵元正负极间的电压和对应的特定激励电压的比值，将所述比值确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值。

进一步的，所述计算模块803，还用于根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，通过公式G_nn＝D_nn/(D_nn+Z_L)，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值。

进一步的，所述施加模块801，还用于当所述阵列天线包括环形阵列天线时，为所述环形阵列天线中的每个天线阵元施加N次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压均构成一个激励电压向量，所述激励电压向量正比于第一预设矩阵Q₁的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第一预设矩阵Q₁中的元素为：

所述计算模块803，还用于将经过N次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的N个第二参数D_nn的值，分别确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的对角矩阵D的每个对角元素的值；

进一步的，所述施加模块801，还用于当所述阵列天线包括线阵列天线时，为所述线阵列天线中的每个天线阵元施加2次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第二预设矩阵Q₂的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第二预设矩阵Q₂中的元素为：

所述计算模块803，还用于将经过2次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的2个第二参数D_nn的值，通过公式

计算得到Z₁和Z₂的值，所述Z1为所述线阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，所述Z₂为所述线阵列天线中相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗；

进一步的，所述施加模块801，还用于当所述阵列天线包括包含M行和N列的矩形面阵列天线时，为所述包含M行和N列的矩形面阵列天线中的每个天线阵元施加3次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第三预设矩阵Q₃的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第三预设矩阵

所述Q₃₁中的元素为

所述p和q的取值为1至M之间的任意自然数。

所述计算模块803，还用于将经过3次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的3个第二参数D_nn的值，通过公式

计算得到Z₁、Z_2x和Z_2y的值，其中n＝a×N+b，a的取值为1至N之间的任意自然数，b的取值为1至M之间的任意自然数，所述Z₁为所述矩形面阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，所述Z_2x为所述矩形面阵列天线中行方向上相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗，所述Z_2y为所述矩形面阵列天线中列方向上相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗；

进一步的，所述处理模块804，还用于当所述目标天线阵元集合中包括一个天线阵元时，将得到的一个互耦阻抗估计值Z′确定为所述阵列天线的互耦阻抗；

本发明提供的阵列天线的互耦阻抗的计算装置，通过多次施加特定激励电压，并在每次施加特定激励电压之后，获取包含至少一个天线阵元的目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压，并根据获取的每个天线阵元正负极间的电压以及每个天线阵元对应的特定激励电压分别计算每个天线阵元对应的第一参数，且根据该第一参数以及天线阵元的负载阻抗计算得到第二参数，再根据该第二参数与阵列天线的互耦阻抗之间的关系计算得到阵列天线的互耦阻抗。与现有技术中首先计算一个小型阵列的互耦阻抗然后利用它来等效建构大型阵列的互耦阻抗相比，本发明由于以阵列天线本身为测量实体，通过施加特定形式的激励电压，且实时获取该阵列天线中一个或多个天线阵元正负极间的电压，并以实时获取的电压和特定激励电压为基础经过运算后得到阵列天线的互耦阻抗，因而本发明提供的阵列天线的互耦阻抗的计算方法能够提高阵列天线的互耦阻抗的准确性，进而可以改善大规模MIMO系统的波束赋形性能。

作为上述各图所示方法的补充，本发明实施例还提供了一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，该装置可以应用于基站侧，也可以应用于终端侧，只要需要计算阵列天线的互耦阻抗均可应用本发明实施例提供的装置，如图10所示，该装置包括：处理器901、总线902、存储器903和电压传感器904，处理器901、存储器903通过总线902连接；其中：

处理器901，用于为所述阵列天线中的每个天线阵元施加预设次数的特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于预设矩阵Q的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同；

电压传感器904，用于在每次施加所述激励电压后，获取目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压；

处理器901，还用于根据电压传感器904获取的所述每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压，得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值并通过存储器903存储，所述目标天线阵元集合包括至少一个天线阵元，所述第一参数G_nn为对角矩阵G的第n个对角元素；

处理器901，还用于根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及存储器903存储的每个第一参数G_nn的值，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值并通过存储器903存储，所述第二参数D_nn为对角矩阵D的第n个对角元素；

进一步的，所述处理器901，还用于计算已获取的每个天线阵元正负极间的电压和对应的特定激励电压的比值，将所述比值确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值。

进一步的，所述处理器901，还用于根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，通过公式G_nn＝D_nn/(D_nn+Z_L)，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值。

进一步的，所述处理器901，还用于当所述阵列天线包括环形阵列天线时，为所述环形阵列天线中的每个天线阵元施加N次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第一预设矩阵Q₁的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的 n值不同，所述第一预设矩阵Q₁中的元素为：

进一步的，所述处理器901，还用于当所述阵列天线包括线阵列天线时，为所述线阵列天线中的每个天线阵元施加2次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第二预设矩阵Q₂的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第二预设矩阵Q₂中的元素为：

进一步的，所述处理器901，还用于当所述阵列天线包括包含M行和N列的矩形面阵列天线时，为所述包含M行和N列的矩形面阵列天线中的每个天线阵元施加3次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第三预设矩阵Q₃的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的_n值不同，所述第三预设矩阵

所述Q₃₁中的元素为

所述p和q的取值为1至M之间的任意自然数；

进一步的，所述处理器901，还用于当所述目标天线阵元集合中包括一个天线阵元时，将得到的一个互耦阻抗估计值Z′确定为所述阵列天线的互耦阻抗；

需要说明的是，存储器903，用于存储上述过程中得到的各个参数，如第一参数G_nn、第二参数D_nn以及每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′；当处理器901需要通过上述各个参数进行下一步计算时，可直接从存储器903中读取后进行处理。

还需要说明的是，本发明实施例所述的处理器901可以是一个处理器，也可以是多个处理元件的统称。例如，该处理器901可以是中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)，也可以是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路，例如：一个或多个微处理器(digital signal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)。

存储器903可以是一个存储装置，也可以是多个存储元件的统称，且用于存储可执行程序代码等。且存储器903可以包括随机存储器(RAM)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器，闪存(Flash)等。

总线902可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry Standard Architecture，EISA)总线等。该总线902可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图10中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

一种阵列天线的互耦阻抗的计算方法，其特征在于，包括：

为所述阵列天线中的每个天线阵元施加预设次数的特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于预设矩阵Q的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同；

在每次施加所述激励电压后，获取目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压并根据已获取的所述每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压，得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值，所述目标天线阵元集合包括至少一个天线阵元，所述第一参数G_nn为对角矩阵G的第n个对角元素；

根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值，所述第二参数D_nn为对角矩阵D的第n个对角元素；

根据经过预设次数得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的所有第二参数D_nn的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′；

根据已得到的与所述目标天线阵元集合中每一个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′，得到所述阵列天线的互耦阻抗Z。
根据权利要求1所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算方法，其特征在于，

所述根据已获取的每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压，得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值，具体包括：

计算已获取的每个天线阵元正负极间的电压和对应的特定激励电压的比值，将所述比值确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值。
根据权利要求1或2所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算方法，其特征在于，

所述根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值，具体包括：

根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，通过公式G_nn＝D_nn/(D_nn+Z_L)，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值。
根据权利要求1至3任一项所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算方法，其特征在于，

所述阵列天线包括环形阵列天线；

所述为所述阵列天线中的每个天线阵元施加预设次数的特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于预设矩阵Q的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，具体包括：

为所述环形阵列天线中的每个天线阵元施加N次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第一预设矩阵Q₁的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第一预设矩阵Q₁中的元素为：
所述N为所述环形阵列天线中天线阵元的个数，所述m和n的取值为1至N之间的任意自然数；

所述根据经过预设次数得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的所有第二参数D_nn的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′，具体包括：

将经过N次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的N个第二参数D_nn的值，分别确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的对角矩阵D的每个对角元素的值；

将所述对角矩阵D进行离散傅里叶逆变换后，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。
根据权利要求1至3任一项所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算方法，其特征在于，

所述阵列天线包括线阵列天线；

所述为所述阵列天线中的每个天线阵元施加预设次数的特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于预设矩阵Q的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，具体包括：

为所述线阵列天线中的每个天线阵元施加2次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第二预设矩阵Q₂的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第二预设矩阵Q₂中的元素为：
其中所述N为所述线阵列天线中天线阵元的个数，所述m和n的取值为1至N之间的任意自然数；

所述根据经过预设次数得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的所有第二参数D_nn的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′，具体包括：

将经过2次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的2个第二参数D_nn的值，通过公式
计算得到Z₁和Z₂的值，所述Z₁为所述线阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，所述Z₂为所述线阵列天线中相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗；

根据已计算得到的所述Z₁和Z₂的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。
根据权利要求1至3任一项所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算方法，其特征在于，

所述阵列天线包括包含M行和N列的矩形面阵列天线；

所述为所述阵列天线中的每个天线阵元施加预设次数的特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于预设矩阵Q的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，具体包括：

为所述包含M行和N列的矩形面阵列天线中的每个天线阵元施加3次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第三预设矩阵Q₃的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第三预设矩阵
所述Q₃₁中的元素为
所述k和l的取值为1至N之间的任意自然数，所述Q₃₂中的元素为
所述p和q的取值为1至M之间的任意自然数；

所述根据经过预设次数得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的所有第二参数D_nn的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′，具体包括：

将经过3次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的3个第二参数D_nn的值，通过公式
计算得到Z₁、Z_2x和Z_2y的值，其中n＝(a-1)×M+b，a的取值为1至N之间的任意自然数，b的取值为1至M之间的任意自然数，所述Z₁为所述矩形面阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，所述Z_2x为所述矩形面阵列天线中行方向上相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗，所述Z_2y为所述矩形面阵列天线中列方向上相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗；

根据已计算得到的所述Z₁、Z_2x和Z_2y的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。
根据权利要求1至6任一项所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算方法，其特征在于，

所述根据已得到的与所述目标天线阵元集合中每一个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′，得到所述阵列天线的互耦阻抗Z，具体包括：

如果所述目标天线阵元集合中包括一个天线阵元，则将得到的一个互耦阻抗估计值Z′确定为所述阵列天线的互耦阻抗；

如果所述目标天线阵元集合中包括至少两个天线阵元，则将所述至少两个互耦阻抗估计值Z′通过最小均方误差算法，计算得到所述阵列天线的互耦阻抗Z。
一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，其特征在于，包括：

施加模块，用于为所述阵列天线中的每个天线阵元施加预设次数的特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于预设矩阵Q的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同；

获取模块，用于在所述施加模块每次施加所述特定激励电压后，获取目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压，所述目标天线阵元集合包括至少一个天线阵元；

计算模块，用于在每次施加激励电压后，根据所述获取模块已获取的所述每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压，得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值，所述第一参数 G_nn为对角矩阵G的第n个对角元素；

根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值，所述第二参数D_nn为对角矩阵D的第n个对角元素；

根据经过预设次数得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的所有第二参数D_nn的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′；

处理模块，用于根据已得到的与所述目标天线阵元集合中每一个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′，得到所述阵列天线的互耦阻抗Z。
根据权利要求8所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，其特征在于，

所述计算模块，还用于计算已获取的每个天线阵元正负极间的电压和对应的特定激励电压的比值，将所述比值确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值。
根据权利要求8或9所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，其特征在于，

所述计算模块，还用于根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，通过公式G_nn＝D_nn/(D_nn+Z_L)，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值。
根据权利要求8至10任一项所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，其特征在于，

所述施加模块，还用于当所述阵列天线包括环形阵列天线时，为所述环形阵列天线中的每个天线阵元施加N次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第一预设矩阵 Q₁的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第一预设矩阵Q₁中的元素为：
所述N为所述环形阵列天线中天线阵元的个数，所述m和n的取值为1至N之间的任意自然数；

所述计算模块，还用于将经过N次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的N个第二参数D_nn的值，分别确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的对角矩阵D的每个对角元素的值；

将所述对角矩阵D进行离散傅里叶逆变换后，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。
根据权利要求8至11任一项所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，其特征在于，

所述施加模块，还用于当所述阵列天线包括线阵列天线时，为所述线阵列天线中的每个天线阵元施加2次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第二预设矩阵Q₂的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第二预设矩阵Q₂中的元素为：
其中所述N为所述线阵列天线中天线阵元的个数，所述m和n的取值为1至N之间的任意自然数；

所述计算模块，还用于将经过2次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的2个第二参数D_nn的值，通过公式
计算得到Z₁和Z₂的值，所述Z₁为所述线阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，所述Z₂为所述线阵列天线中相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗；

根据已计算得到的所述Z₁和Z₂的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。
根据权利要求8至11任一项所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，其特征在于，

所述施加模块，还用于当所述阵列天线包括包含M行和N列的矩形面阵列天线时，为所述包含M行和N列的矩形面阵列天线中的每个天线阵元施加3次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第三预设矩阵Q₃的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第三预设矩阵
所述Q₃₁中的元素为
所述k和l的取值为1至N之间的任意自然数，所述Q₃₂中的元素为
所述p和q的取值为1至M之间的任意自然数；

所述计算模块，还用于将经过3次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的3个第二参数D_nn的值，通过公式
计算得到Z₁、Z_2x和Z_2y的值，其中n＝a×N+b，a的取值为1至N之间的任意自然数，b的取值为1至M之间的任意自然数，所述Z₁为所述矩形面阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，所述Z_2x为所述矩形面阵列天线中行方向上相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗，所述Z_2y为所述矩形面阵列天线中列方向上相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗；

根据已计算得到的所述Z₁、Z_2x和Z_2y的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。
根据权利要求8至13任一项所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，其特征在于，

所述处理模块，还用于当所述目标天线阵元集合中包括一个天线阵元时，将得到的一个互耦阻抗估计值Z′确定为所述阵列天线的互耦阻抗；

当所述目标天线阵元集合中包括至少两个天线阵元时，将所述至少两个互耦阻抗估计值Z′通过最小均方误差算法，计算得到所述阵列天线的互耦阻抗Z。
一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，其特征在于，包括：

处理器，用于为所述阵列天线中的每个天线阵元施加预设次数的特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于预设矩阵Q的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同；

电压传感器，用于在每次施加所述激励电压后，获取目标天线阵元集合中每个天线阵元正负极间的电压；

所述处理器，还用于根据电压传感器获取的所述每个天线阵元正负极间的电压以及对应的特定激励电压，得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值并通过存储器存储，所述目标天线阵元集合包括至少一个天线阵元，所述第一参数G_nn为对角矩阵G的第n个对角元素；

所述处理器，还用于根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及所述存储器存储的每个第一参数G_nn的值，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值并通过存储器存储，所述第二参数D_nn为对角矩阵D的第n个对角元素；

所述处理器，还用于根据所述存储器存储的经过预设次数得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的所有第二参数D_nn的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′；

根据已得到的与所述目标天线阵元集合中每一个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′，得到所述阵列天线的互耦阻抗Z。
根据权利要求15所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，其特征在于，

所述处理器，还用于计算已获取的每个天线阵元正负极间的电压和对应的特定激励电压的比值，将所述比值确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第一参数G_nn的值。
根据权利要求15或16所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，其特征在于，

所述处理器，还用于根据所述目标天线阵元集合中每个天线阵元的负载阻抗Z_L以及每个第一参数G_nn的值，通过公式G_nn＝D_nn/(D_nn+Z_L)，分别计算得到所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的第二参数D_nn的值。
根据权利要求15至17任一项所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，其特征在于，

所述处理器，还用于当所述阵列天线包括环形阵列天线时，为所述环形阵列天线中的每个天线阵元施加N次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第一预设矩阵Q₁的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第一预设矩阵Q₁中的元素为：
所述N为所述环形阵列天线中天线阵元的个数，所述m和n的取值为1至N之间的任意自然数；

将经过N次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的N个第二参数D_nn的值，分别确定为所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的对角矩阵D的每个对角元素的值；

将所述对角矩阵D进行离散傅里叶逆变换后，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。
根据权利要求15至17任一项所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，其特征在于，

所述处理器，还用于当所述阵列天线包括线阵列天线时，为所述线阵列天线中的每个天线阵元施加2次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第二预设矩阵Q₂的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第二预设矩阵Q₂中的元素为：
其中所述N为所述线阵列天线中天线阵元的个数，所述m和n的取值为1至N之间的任意自然数；

将经过2次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的2个第二参数D_nn的值，通过公式
计算得到Z₁和Z₂的值，所述Z₁为所述线阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，所述Z₂为所述线阵列天线中相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗；

根据已计算得到的所述Z₁和Z₂的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。
根据权利要求15至17任一项所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，其特征在于，

所述处理器，还用于当所述阵列天线包括包含M行和N列的矩形面阵列天线时，为所述包含M行和N列的矩形面阵列天线中的每个天线阵元施加3次特定激励电压，每次为所述每个天线阵元施加的特定激励电压形成的激励电压向量正比于第三预设矩阵Q₃的第n个列向量，不同次的所述激励电压向量对应的n值不同，所述第三预设矩阵
所述Q₃₁中的元素为
所述k和l的取值为1至N之间的任意自然数，所述Q₃₂中的元素为
所述p和q的取值为1至M 之间的任意自然数；

将经过3次得到的所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的3个第二参数D_nn的值，通过公式
计算得到Z₁、Z_2x和Z_2y的值，其中n＝a×N+b，a的取值为1至N之间的任意自然数，b的取值为1至M之间的任意自然数，所述Z₁为所述矩形面阵列天线中每个天线阵元的自阻抗，所述Z_2x为所述矩形面阵列天线中行方向上相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗，所述Z_2y为所述矩形面阵列天线中列方向上相邻两个天线阵元之间的互耦阻抗；

根据已计算得到的所述Z₁、Z_2x和Z_2y的值，得到与所述目标天线阵元集合中每个天线阵元对应的互耦阻抗估计值Z′。
根据权利要求15至20任一项所述的一种阵列天线的互耦阻抗的计算装置，其特征在于，

所述处理器，还用于当所述目标天线阵元集合中包括一个天线阵元时，将得到的一个互耦阻抗估计值Z′确定为所述阵列天线的互耦阻抗；

当所述目标天线阵元集合中包括至少两个天线阵元时，将所述至少两个互耦阻抗估计值Z′通过最小均方误差算法，计算得到所述阵列天线的互耦阻抗Z。