[论文解读] On the Time-Range Dependency of the Beampatterns Produced by Arbitrary Antenna Arrays: Discussions on the Misplaced Expectations from Frequency Diverse Arrays

Mahdi Fartookzadeh|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2019

Antenna Design and Analysis参考文献 6被引用 7

一句话总结

本文证明，在远场条件下，频率复用阵列（FDAs）无法产生时间不变、距离相关的波束成形图，这是由于时间与距离维度之间存在固有的耦合。本文挑战了近期关于FDAs可实现时间不变空间聚焦的宣称，表明当需要距离依赖性时，此类波束成形图在本质上是不可实现的，并批评了先前研究中对FDA原理的错误应用。

ABSTRACT

In the recent years constructing time-invariant spatial-focusing beampatterns by using frequency diverse arrays (FDAs) is conveyed in several papers. Further than time-invariant spatial-focusing beampatterns, the unfeasibility of constructing range-dependent time-invariant beampatterns is demonstrated in this paper. It is indicated that the beampatterns produced by antenna arrays including FDAs are not independently controllable in time, t, and range, r, dimensions, in the farfield. Inappropriate applications of the FDAs having time-invariant spatial-focusing beampatterns in two recent papers are also discussed.

研究动机与目标

• 研究使用频率复用阵列（FDAs）在远场条件下构建时间不变、具有距离依赖性的波束成形图的理论限制。
• 挑战近期宣称FDAs可在无距离依赖性条件下实现时间不变空间聚焦的有效性。
• 阐明FDAs波束成形图中时间与距离之间的基本耦合关系，特别是在远场条件下的情况。
• 批评两篇近期论文中对FDA原理的错误应用，以期实现时间不变的波束成形图。

提出的方法

• 分析远场条件下任意天线阵列（包括FDAs）生成的波束成形图的数学结构。
• 推导并检验阵列因子的时间与距离依赖性，以识别可控性约束。
• 利用远场近似评估波束成形图设计中时间（t）与距离（r）变量的独立性。
• 将理论波束成形图行为与两篇近期论文中声称的结果进行比较，以揭示其中的不一致之处。
• 识别不可行性的根本原因：辐射图中时间-距离依赖性的不可分性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在远场条件下，能否使用频率复用阵列构建时间不变、具有距离依赖性的波束成形图？
• RQ2 为何近期关于FDAs中实现时间不变空间聚焦的宣称在引入距离依赖性后会失败？
• RQ3 FDAs波束成形图中时间与距离耦合的根本数学原因是什么？
• RQ4 两篇近期论文中的假设如何导致物理上不可实现的波束成形图设计？
• RQ5 FDAs波束成形图中的时间-距离依赖性在多大程度上可被控制或实现独立？

主要发现

• 由于固有的时间-距离耦合，使用频率复用阵列在远场条件下根本不可能构建时间不变、距离依赖的波束成形图。
• FDAs的波束成形图在时间与距离维度上无法独立控制，从而否定了独立空间聚焦的宣称。
• 近期宣称FDAs可实现时间不变空间聚焦的论文，其基础是错误地应用了阵列模型，尤其是在涉及距离依赖性时。
• 分析表明，波束成形图方程中的时间与距离变量不可分离，导致不可避免的相互依赖。
• 本文揭示了两篇近期研究在设计假设上的关键缺陷，这些研究声称通过FDAs实现了时间不变的波束成形图。