CN108023626A - 一种阵列天线组合、波束切换的方法及装置 - Google Patents

一种阵列天线组合、波束切换的方法及装置 Download PDF

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CN108023626A CN201610950053.9A CN201610950053A CN108023626A CN 108023626 A CN108023626 A CN 108023626A CN 201610950053 A CN201610950053 A CN 201610950053A CN 108023626 A CN108023626 A CN 108023626A
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穆学禄
周虹
田珅
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    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
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Abstract

本发明公开了一种阵列天线组合、波束切换方法及装置，阵列天线组合包括至少两个阵列天线，相邻的两个阵列天线形成的夹角为预设角度，且相邻的两个阵列天线所发射的波束具有重合区域。波束切换的方法是发生在上述阵列天线组合中相邻的两个阵列天线之间的。与现有技术相比，本发明阵列天线组合的排布方式较现有技术可扩大阵列天线信号覆盖范围，同时，本发明还提供了相邻阵列天线夹角的计算方式，使阵列天线信号覆盖范围达到最大值。

Description

一种阵列天线组合、波束切换的方法及装置
技术领域
本发明涉及通信工程领域，特别涉及一种阵列天线组合、波束切换的方法及装置。
背景技术
随着通信的发展，毫米波基站是未来发展的一个趋势。毫米波通信的频率高、波长短，以直射方式传播，同时波束窄，具有良好的方向性；因为波长短、干扰源少，所以传播稳定性高；因为传播距离短，所以方便热点区密集型基站布局；因为具有直线传播特性，所以适用于室内分布。所以，毫米波基站在未来有很大的发展前景。但是面对5G毫米波基站而言，由于基站的天线布局不合理，因此目前一个很大的问题是如何增大基站的信号覆盖区域。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种阵列天线组合、波束切换的方法及装置，旨在扩大阵列天线的信号覆盖区域。
为实现上述目的，本发明提出了一种阵列天线组合，包括至少两个阵列天线，相邻的两个阵列天线形成的夹角为预设角度，且相邻的两个阵列天线所发射的波束具有重合区域。
优选地，所述阵列天线组合包括N个阵列天线，其中，第M个阵列天线的第二端与第M+1个阵列天线的第一端相邻，并且第M个阵列天线与第M+1个阵列天线形成的夹角为第M预设角度,M＝1，2，…，N，N为大于1的整数。
优选地，所述第1个阵列天线的第一端与第N个阵列天线的第二端相邻，并且第1个阵列天线与第N个阵列天线形成的夹角为第N预设角度。
优选地，所述阵列天线组合还包括：用于固定所述阵列天线的固定装置。
优选地，所述第M预设角度根据第M个阵列天线和第M+1个阵列天线所发射波束的扫描角的最大值和最小值来确定。
优选地，所述第M预设角度为：180°-(A+B)/2；
其中，所述A为第M个阵列天线所发射波束的扫描角的最大值减去第M个阵列天线所发射波束的扫描角的最小值，所述B为第M+1个阵列天线所发射波束的扫描角的最大值减去第M+1个阵列天线所发射波束的扫描角的最小值。
本发明还提出了一种波束切换的方法，包括：
当监测到源阵列天线所发射波束的扫描角达到源阵列天线所发射波束的扫描角的临界值时，根据所述临界值确定目标阵列天线；
将所述源阵列天线所发射波束从所述源阵列天线切换至目标所述阵列天线；
其中，所述源阵列天线和所述目标阵列天线为权利要求1-6任一项所述的阵列天线组合中相邻的两个阵列天线。
优选地，所述临界值为所述源阵列天线所发射波束的扫描角的最大值或最小值。
优选地，通过波束切换开关将所述源阵列天线所发射波束从所述源阵列天线切换至目标所述阵列天线，其中，所述波束切换开关与所述阵列天线组合中的各个阵列天线连接。
优选地，所述方法还包括：计算所述源阵列天线所发射波束切换至目标阵列天线时的扫描角，该扫描角根据预估值与所述目标阵列天线所发射波束的扫描角的临界值来确定；所述预估值为随机给出的数值。
本发明还提出了一种波束切换的装置，包括：
监测模块，用于当监测到源阵列天线所发射波束的扫描角达到源阵列天线所发射波束的扫描角的临界值时，根据所述临界值确定目标阵列天线；
切换模块，用于将所述源阵列天线所发射波束从所述源阵列天线切换至目标所述阵列天线；
其中，所述源阵列天线和所述目标阵列天线为权利要求1-6任一项所述的阵列天线组合中相邻的两个阵列天线。
优选地，所述临界值为所述源阵列天线所发射波束的扫描角的最大值或最小值。
优选地，所述切换模块包括切换开关；所述波束切换开关，与所述阵列天线组合中的各个阵列天线连接，用于将所述源阵列天线所发射波束从所述源阵列天线切换至目标所述阵列天线。
优选地，所述装置还包括：计算模块，用于计算所述源阵列天线所发射波束切换至目标阵列天线时的扫描角，该扫描角根据预估值与所述目标阵列天线所发射波束的扫描角的临界值来确定；所述预估值为随机给出的数值。
本发明的技术方案具有以下的有益效果：
本发明阵列天线组合的排布方式较现有技术可扩大阵列天线信号覆盖范围，同时，本发明还提供了相邻阵列天线夹角的计算方式，使阵列天线信号覆盖范围达到最大值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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为现有技术中阵列天线的结构示意图；
图2为本发明第一实施例提供的阵列天线组合的截面图；
图3为本发明第二实施例提供的阵列天线组合的截面图；
图4为本发明第三实施例提供的波束切换的方法的流程图；
图5为本发明第一实施例中阵列天线波束切换的情况图；
图6为本发明第二实施例中阵列天线波束切换的情况图；
图7是本发明第五实施例提供的波束切换的装置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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的一部分实施例，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。
本发明实施例可以运行于5G场景下(不限于5G场景)，该场景下的网络架构可以包括基站(5G毫米波基站)。本发明实施例提供了一种波束切换的方法，需要说明的是，本发明实施例中提供的上述波束切换的方法的运行环境并不限于上述网络架构。
图1是现有技术中阵列天线的结构示意图，如图1，阵列天线包括：基板10和天线辐射单元11，所述天线辐射单元11设置于所述基板10上。
第一实施例
本发明的第一实施例提供了一种阵列天线组合，包括至少两个阵列天线，相邻的两个阵列天线形成的夹角为预设角度，且相邻的两个阵列天线所发射的波束具有重合区域。具体来说，所述阵列天线组合包括N个阵列天线，其中，第M个阵列天线的第二端与第M+1个阵列天线的第一端相邻，并且第M个阵列天线与第M+1个阵列天线形成的夹角为第M预设角度,M＝1，2，…，N，N为大于1的整数。当N大于2时，所述第1个阵列天线的第一端与第N个阵列天线的第二端相邻，并且第1个阵列天线与第N个阵列天线形成的夹角为第N预设角度。所述阵列天线组合还包括：用于固定所述阵列天线的固定装置。还需要注意的是，所述第M预设角度根据第M个阵列天线和第M+1个阵列天线所发射波束的扫描角的最大值和最小值来确定。具体来说，所述第M预设角度为：180°-(A+B)/2；其中，所述A为第M个阵列天线所发射波束的扫描角的最大值减去第M个阵列天线所发射波束的扫描角的最小值，所述B为第M+1个阵列天线所发射波束的扫描角的最大值减去第M+1个阵列天线所发射波束的扫描角的最小值。当所述第M预设角度满足上述公式时，第M个阵列天线和第M+1个阵列天线形成的阵列天线组合的扫描的范围最大。
为了进一步描述第一实施例，可参见图2，图2是本发明第一实施例提供的一种阵列天线组合的截面图，如图2所示，该阵列天线组合包括：第1个阵列天线20、第2个阵列天线21和第一固定装置22。
第1个阵列天线20包括第一基板201和第一天线辐射单元202，第2个阵列天线21包括第二基板211和第二天线辐射单元212。第一固定装置22用于固定第1个阵列天线20和第2个阵列天线21。
上述第1个阵列天线20和第2个阵列天线21的一端固定连接并形成夹角，该夹角为第一预设角度φ1，另一端分别与第一固定装置22固定连接。需要注意，第一天线辐射单元202和第二天线辐射单元212需要相向设置。此处的相向设置是指第一天线辐射单元202和第二天线辐射单元212均向第一固定装置22的相反方向设置。
上述第1个阵列天线20发射第一波束，所述第一波束的扫描角的最小值为-θ1/2，最大值为θ1/2，需要注意的是，θ1大于0°。上述第2个阵列天线21发射第二波束，所述第二波束的扫描角的最小值为-θ2/2，最大值为θ2/2，需要注意的是，θ2大于0°。
当φ1＝180°-θ1/2-θ2/2时，本实施例中由第1个阵列天线和第2个阵列天线组成的阵列天线组合的波束的覆盖范围最大，该阵列天线组合信号覆盖的范围最大。
第二实施例
图3是本发明第二实施例提供的一种阵列天线组合的截面图，如图3所示，该阵列天线包括：第1个阵列天线20、第2个阵列天线21、第3个阵列天线30和第二固定装置31。
第1个阵列天线20包括第一基板201和第一天线辐射单元202，第2个阵列天线21包括第二基板211和第二天线辐射单元212，第3个阵列天线30包括第三基板301和第三天线辐射单元302。第二固定装置31用于固定第1个阵列天线20、第2个阵列天线21和第3个阵列天线30。
上述第1个阵列天线20和第2个阵列天线21的一端固定连接并形成夹角，该夹角为第一预设角度φ1，另一端分别与第一固定装置22固定连接。上述第2个阵列天线21和第3个阵列天线30的一端固定连接并形成夹角，该夹角为第二预设角度φ2，另一端分别与第二固定装置31固定连接。需要注意，第一天线辐射单元202、第二天线辐射单元212和第三天线辐射单元302需要相向设置。此处的相向设置是指第一天线辐射单元202、第二天线辐射单元212和第三天线辐射单元302均向第二固定装置31的相反方向设置。
上述第1个阵列天线20发射第一波束，所述第一波束的扫描角的最小值为-θ1/2，最大值为θ1/2，需要注意的是，θ1大于0°。上述第2个阵列天线21发射第二波束，所述第二波束的扫描角的最小值为-θ2/2，最大值为θ2/2，需要注意的是，θ2大于0°。上述第3个阵列天线30发射第三波束，所述第三波束的扫描角的最小值为-θ3/2，最大值为θ3/2，需要注意的是，θ3大于0°。
当φ1＝180°-θ1/2-θ2/2，且φ2＝180°-θ2/2-θ3/2时，本实施例中由第1个阵列天线、第2个阵列天线和第3个阵列天线组成的阵列天线组合的波束的覆盖范围最大，该阵列天线组合信号覆盖的范围最大。
由于本发明实施例的阵列天线组合中阵列天线固定连接，形成预设角度，就会存在一个问题：两个相邻的天线阵列之间的波束如何切换。如果不能实现相邻阵列天线之间的波束切换，那么不能达到发明目的：扩大阵列天线的信号覆盖范围。基于此，本发明实施例还提供一种阵列天线之间波束的切换方法。需要注意的是，所述波束由阵列天线发射，所述波束进行扫描时形成的角度为扫描角。所述波束切换发生在源阵列天线和目标阵列天线之间，所述源阵列天线和目标阵列天线相邻，且所发射的波束具有重合区域，所述源阵列天线为所述波束切换前该波束所在的阵列天线，所述目标阵列天线为所述波束切换后该波束所在的阵列天线。
第三实施例
图4是本发明第三实施例提供的一种波束切换的方法的流程图，如图4，该方法包括以下步骤：
步骤S401：当监测到源阵列天线所发射波束的扫描角达到源阵列天线所发射波束的扫描角的临界值时，根据所述临界值确定目标阵列天线；
步骤S402：将所述源阵列天线所发射波束从所述源阵列天线切换至目标所述阵列天线。
按照上述波束切换的方法，可以简单的将波束从源阵列天线切换至目标阵列天线，从而可以实现阵列天线组合中相邻阵列天线的切换，使得阵列天线组合扫描的范围扩大。
上述方法的各步骤的实现细节如下：
步骤S401中，所述源阵列天线为波束切换前波束所在的阵列天线，目标阵列天线为波束切换后波束所在的阵列天线。所述源阵列天线与目标阵列天线相邻，且所述源阵列天线与目标阵列天线所发射的波束具有重合区域。所述源阵列天线所发射波束的扫描角的临界值为：所述源阵列天线所发射波束的扫描角的最大值或最小值。所述根据所述临界值确定目标阵列天线，具体可以分为两种情况。第一种情况下，当监测到源阵列天线所发射波束的扫描角达到源阵列天线所发射波束的扫描角的最大值时，根据此时所述扫描角的方向确定目标阵列天线。例如，此时所述扫描角的方向向左，则确定源阵列天线左侧且与所述源阵列天线相邻的阵列天线为目标阵列天线。第二种情况下，当监测到源阵列天线所发射波束的扫描角达到源阵列天线所发射波束的扫描角的最小值时，根据此时所述扫描角的方向确定目标阵列天线。例如，此时所述扫描角的方向向右，则确定源阵列天线右侧且与所述源阵列天线相邻的阵列天线为目标阵列天线。
在步骤S402之前，还包括：计算所述源阵列天线所发射波束切换至目标阵列天线时的扫描角。此时的扫描角通过预估值与所述目标阵列天线所发射波束的扫描角的临界值来确定，所述预估值为随机给出的数值。虽然预估值是随机给出了，但是作为优选的方案，所述预估值是有一定范围的。由于目标阵列天线所发射波束的扫描角具有最大值和最小值，因此上述计算得到的扫描角需要在所述目标阵列天线所发射波束的扫描角的最大值与最小值之间。而所述目标阵列天线所发射波束的扫描角的最大值与最小值是目标阵列天线本身的性质，不会改变，因此就可以倒推出所述预估值的取值范围。需要注意的是，所述预估值是预先设置的。
在步骤S402中，所述源阵列天线所发射的波束切换至目标阵列天线是通过波束切换开关完成的，所述波束切换开关与所述阵列天线组合中的各个阵列天线连接。
按照上述波束切换的方法，可以简单的将波束从源阵列天线切换至目标阵列天线，还可以确定波束切换至目标阵列天线时，扫描角的大小。从而可以实现阵列天线组合中相邻阵列天线的切换，使得阵列天线组合扫描的范围扩大。
第四实施例
本实施例中波束切换发生在第二实施例中的第1个阵列天线20、第2个阵列天线21和第3个阵列天线30之间，且为从第2个阵列天线20切换至第3个阵列天线30上，该波束切换方法包括：
步骤S501：当监测到第2个阵列天线21(源阵列天线)所发射波束的扫描角达到第2个阵列天线21所发射波束的扫描角的最大值时，根据所述最大值值确定目标阵列天线为第3个阵列天线30。
具体来说，由于监测到第2个阵列天线21所发射波束的扫描角达到了最大值，所以，结合图5此时扫描角的方向向右(根据实施例二可知，此时扫描角为θ1/2，则代表扫描角方向为正方向，即向右)。而第2个阵列天线21右侧为第3个阵列天线30，因此，确定目标阵列天线为第3个阵列天线30。
步骤S502：计算波束切换至第3个阵列天线30时，该波束的扫描角。
具体来说，当波束从第2个阵列天线20切换至第3个阵列天线30上时，该波束的扫描角为-θ3/2+Δ3。需要注意的是，-θ3/2+Δ3的范围在所述第3个阵列天线30所发射的扫描角的最大值与最小值之间。Δ3是一个预估值，是预先设置的，因此Δ3是具有范围的。
步骤S503：将所述第2个阵列天线20所发射波束从所述第2个阵列天线20切换至第3个阵列天线30。
按照上述波束切换的方法，可以简单的将波束从第2个阵列天线20切换至第3个阵列天线30，还可以确定波束切换至第3个阵列天线30时，扫描角的大小。从而可以实现阵列天线组合中相邻阵列天线的切换，使得阵列天线组合扫描的范围扩大。
对于第一实施例和第二实施例中阵列天线波束切换的方法都可以用上述步骤S401和S402实现，所不同的是，波束切换后，目标阵列天线发射的波束的扫描角不相同。根据预估值，可以计算出波束切换后，目标阵列天线发射的波束的扫描角。需要注意的是，此处预估值既可以是大于0°，也可以小于0°(正负只是表示其增加的方向)。
为了进一步说明第一实施例和第二实施例中，波束切换的具体情况，做出以下的说明。
图5是第一实施例中阵列天线波束切换的情况，如图5，当波束从第1个阵列天线切20换至第2个阵列天线21时，假设此时预估值为Δ1，则波束切换后，波束在第2个阵列天线21上的扫描角为-θ2/2+Δ1。当从第2个阵列天线21切换至第1个阵列天线20时，假设此时预估值为Δ2，则波束切换后，波束在第1个阵列天线20上的扫描角为θ1/2+Δ2。需要注意的是，此处Δ1大于0°，Δ2小于0°。
图6是第二实施例中阵列天线波束切换的情况，如图6，第1个阵列天线和第2个阵列天线之间的切换与图5相同，第2个阵列天线和第3个阵列天线之间的切换如下。当波束从第2个阵列天线切21换至第3个阵列天线30时，假设此时预估值为Δ3，则波束切换后，波束在第3个阵列天线30上的扫描角为-θ3/2+Δ3。当从第3个阵列天线30切换至第2个阵列天线21时，假设预估值为Δ4，则波束切换后，波束在第2个阵列天线21上的扫描角为θ2/2+Δ4。需要注意的是，此处Δ3大于0°，Δ4小于0°。
第五实施例
图7是本发明第五实施例提供的一种波束切换的装置的示意图，所述波束由阵列天线发射，所述波束切换发生在两个相邻的阵列天线之间且相邻的两个阵列天线所发射的波束具有重合区域，所述波束切换的装置与所述阵列天线连接。如图7，所述波束切换的装置包括：
监测模块601，用于当监测到源阵列天线所发射波束的扫描角达到源阵列天线所发射波束的扫描角的临界值时，根据所述临界值确定目标阵列天线。
所述临界值为所述源阵列天线所发射波束的扫描角的最大值或最小值。所述切换模块包括切换开关；所述波束切换开关，与所述阵列天线组合中的各个阵列天线连接，用于将所述源阵列天线所发射波束从所述源阵列天线切换至目标所述阵列天线。
计算模块602，用于计算所述源阵列天线所发射波束切换至目标阵列天线时的扫描角，该扫描角根据预估值与所述目标阵列天线所发射波束的扫描角的临界值来确定；所述预估值为随机给出的数值。
切换模块603，用于将所述源阵列天线所发射波束从所述源阵列天线切换至目标所述阵列天线。
本发明的实施例还提供了一种存储介质。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：
步骤S401：当监测到源阵列天线所发射波束的扫描角达到源阵列天线所发射波束的扫描角的临界值时，根据所述临界值确定目标阵列天线；
步骤S402：将所述源阵列天线所发射波束从所述源阵列天线切换至目标所述阵列天线。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
可选地，在本实施例中，处理器根据存储介质中已存储的程序代码执行上述实施例记载的方法步骤。
可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述第四实施例中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种阵列天线组合，其特征在于，包括至少两个阵列天线，相邻的两个阵列天线形成的夹角为预设角度，且相邻的两个阵列天线所发射的波束具有重合区域。
2.如权利要求1中所述的阵列天线组合，其特征在于，所述阵列天线组合包括N个阵列天线，其中，第M个阵列天线的第二端与第M+1个阵列天线的第一端相邻，并且第M个阵列天线与第M+1个阵列天线形成的夹角为第M预设角度,M＝1，2，…，N，N为大于1的整数。
3.如权利要求2中所述的阵列天线组合，其特征在于，所述第1个阵列天线的第一端与第N个阵列天线的第二端相邻，并且第1个阵列天线与第N个阵列天线形成的夹角为第N预设角度。
4.如权利要求1-3中的任一项所述的阵列天线组合，其特征在于，所述阵列天线组合还包括：用于固定所述阵列天线的固定装置。
5.如权利要求2中所述的阵列天线组合，其特征在于，所述第M预设角度根据第M个阵列天线和第M+1个阵列天线所发射波束的扫描角的最大值和最小值来确定。
6.如权利要求5中所述的阵列天线组合，其特征在于，
所述第M预设角度为：180°-(A+B)/2；
其中，所述A为第M个阵列天线所发射波束的扫描角的最大值减去第M个阵列天线所发射波束的扫描角的最小值，所述B为第M+1个阵列天线所发射波束的扫描角的最大值减去第M+1个阵列天线所发射波束的扫描角的最小值。
7.一种波束切换的方法，其特征在于，包括：
当监测到源阵列天线所发射波束的扫描角达到源阵列天线所发射波束的扫描角的临界值时，根据所述临界值确定目标阵列天线；
将所述源阵列天线所发射波束从所述源阵列天线切换至目标所述阵列天线；
其中，所述源阵列天线和所述目标阵列天线为权利要求1-6任一项所述的阵列天线组合中相邻的两个阵列天线。
8.如权利要求7中所述的波束切换的方法，其特征在于，所述临界值为所述源阵列天线所发射波束的扫描角的最大值或最小值。
9.如权利要求7中所述的波束切换的方法，其特征在于，通过波束切换开关将所述源阵列天线所发射波束从所述源阵列天线切换至目标所述阵列天线，其中，所述波束切换开关与所述阵列天线组合中的各个阵列天线连接。
10.如权利要求7-9中任一项所述的波束切换的方法，其特征在于，所述方法还包括：
计算所述源阵列天线所发射波束切换至目标阵列天线时的扫描角，该扫描角根据预估值与所述目标阵列天线所发射波束的扫描角的临界值来确定；所述预估值为随机给出的数值。
11.一种波束切换的装置，其特征在于，包括：
监测模块，用于当监测到源阵列天线所发射波束的扫描角达到源阵列天线所发射波束的扫描角的临界值时，根据所述临界值确定目标阵列天线；
切换模块，用于将所述源阵列天线所发射波束从所述源阵列天线切换至目标所述阵列天线；
其中，所述源阵列天线和所述目标阵列天线为权利要求1-6任一项所述的阵列天线组合中相邻的两个阵列天线。
12.如权利要求11所述的波束切换的装置，其特征在于，所述临界值为所述源阵列天线所发射波束的扫描角的最大值或最小值。
13.如权利要求11所述的波束切换的装置，其特征在于，所述切换模块包括切换开关；所述波束切换开关，与所述阵列天线组合中的各个阵列天线连接，用于将所述源阵列天线所发射波束从所述源阵列天线切换至目标所述阵列天线。
14.如权利要求11-13中任一项所述的波束切换的装置，其特征在于，所述装置还包括：
计算模块，用于计算所述源阵列天线所发射波束切换至目标阵列天线时的扫描角，该扫描角根据预估值与所述目标阵列天线所发射波束的扫描角的临界值来确定；所述预估值为随机给出的数值。
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