update post, josh-oap-1-5
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@@ -53,7 +53,7 @@ $$\begin{equation} \label{DefinitionOfDirectivity}
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  对于一个接收天线,分母代表的是阵列(或孔径)对全向噪声(在一个球内均匀分布的噪声)的输出噪声功率。分子代表的是对应从 $(\theta_\mathrm{T},\varphi_\mathrm{T})$ 方向入射的
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信号的功率。所以,$D$ 可以解释为是对全向噪声的阵列增益。
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  如果假设权值做了归一化,使得 $P_n(\theta_\mathrm{T},\varphi_\mathrm{T}) = 1$, 则式 $\eqref{DefinitionOfDirectivity}$ 可以写成
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  如果假设权值做了归一化,使得 $P_n(\theta_\mathrm{T},\varphi_\mathrm{T}) = 1$,则式 $\eqref{DefinitionOfDirectivity}$ 可以写成
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$$\begin{equation} \label{NormalizedDefinitionOfDirectivity}
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D = \left\{ \frac{1}{4\pi} \int_0^\pi \int_0^{2\pi} \sin \theta \cdot P(\theta,\varphi) \,\mathrm{d} \varphi \,\mathrm{d} \theta \right\}^{-1}
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@@ -79,7 +79,7 @@ $$\begin{equation} \label{NormalizedDefinitionOfDirectivityInDirectionCosineSpac
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通常,这个表达式必须用数值的方法计算。
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  利用 [$u$ 空间的波束方向图的表达式][], 式 $\eqref{NormalizedDefinitionOfDirectivityInDirectionCosineSpaceOfLA}$ 中的表达式可以利用阵列的权值写成
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  利用 [$u$ 空间的波束方向图的表达式][],式 $\eqref{NormalizedDefinitionOfDirectivityInDirectionCosineSpaceOfLA}$ 中的表达式可以利用阵列的权值写成
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$$\begin{equation}
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D = \left\{ \frac{1}{2} \int_{-1}^1 \sum_{n=0}^{N-1}w_n^\ast e^{jn\left( \frac{2\pi d}{\lambda} \right) \left( u - u_\mathrm{T} \right)} \sum_{m=0}^{N-1} w_m e^{-jm\left( \frac{2\pi d}{\lambda} \right) \left( u - u_\mathrm{T} \right)} \,\mathrm{d} u \right\}^{-1}
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@@ -145,6 +145,52 @@ $$\begin{equation}
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  所以一个标准线阵的方向性是权值矢量幅度平方的倒数。方向性不依赖于阵列的指向。当阵列指向从阵列的正侧向移开时,波束变宽,但是 $\varphi$ 的积分范围减小了
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  对于 $d \ne \lambda/2$,利用式 $\eqref{ResultOfDirectivityInDirectionCosineSpaceOfLA}$,则方向性将和阵列的指向有关。
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  对于均匀加权的标准线阵(UWLA),$w_n = 1/N$,所以
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$$\begin{equation}
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\sum_{n=0}^{N-1} \left| w_n \right|^2 = \frac{1}{N}
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\end{equation}$$
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所以
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$$\begin{equation}
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D = N
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\end{equation}$$
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  均匀加权使得标准线阵的方向性最大。为了说明这一点,施加约束条件
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$$\begin{equation} \label{ConstraintOfLagrangeMultiplier}
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\sum_{n=0}^{N-1} w_n = 1
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\end{equation}$$
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这保证了波束方向图在 $u_\mathrm{T}$ 的值为 1,并求 $\displaystyle\sum_{n=0}^{N-1} \left| w_n \right|^2$ 的最小值,这里利用 Lagrange 乘子法,另
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$$\begin{equation}
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F = \sum_{n=0}^{N-1} \left| w_n \right|^2 + \lambda \left( \sum_{n=0}^{N-1} w_m - 1 \right)
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\end{equation}$$
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其中 $\lambda$ 是 Lagrange 乘子。对 $w_n$ 求导,并令结果等于零,得到
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$$\begin{equation}
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w_n^\ast = -\lambda
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\end{equation}$$
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也即
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$$\begin{equation} \label{ResultOfLagrangeMultiplier}
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w_n = -\lambda^\ast
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\end{equation}$$
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把式 $\eqref{ResultOfLagrangeMultiplier}$ 代入到式 $\eqref{ConstraintOfLagrangeMultiplier}$,得到 $\lambda = -\frac{1}{N}$,则有
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$$\begin{equation}
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w_n = \frac{1}{N}
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\end{equation}$$
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此即为我们想要得到的结果。
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[$u$ 空间的波束方向图的表达式]: https://josh-gao.top/posts/de20fd09.html#BeamPatternInDirectionCosineDomain
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[对角调向矩阵]: https://josh-gao.top/posts/c2604c43.html#DiagonalSteeringMatrix
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