[發(fā)明專利]全頻帶超寬帶天線電路模型

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711119188.1
• 申請(qǐng)日: 2017-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN107895079B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐路;王瀚升;何偉梁;張明輝;曹子建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/367
• 分類號(hào): G06F30/367
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

本發(fā)明公開了一種全頻帶超寬帶天線電路模型，由N個(gè)A類基本模型單元和M個(gè)B類基本模型單元串聯(lián)而成。基本模型單元總數(shù)目K（K=N+M）與測(cè)試頻段內(nèi)天線射頻阻抗參數(shù)實(shí)部的頻域沖擊數(shù)目相等。A類基本模型單元數(shù)目N與頻段劃分后各頻段Z參數(shù)經(jīng)矢量擬合所得多項(xiàng)式中的電容型多項(xiàng)式數(shù)目相等。B類基本模型單元數(shù)目M與頻段劃分后各頻段Z參數(shù)（射頻阻抗參數(shù)）實(shí)部經(jīng)矢量擬合所得多項(xiàng)式中電感型多項(xiàng)式數(shù)目相等。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)在全頻帶超寬帶條件下，對(duì)天線輸入阻抗特性的高精度仿真。還公開了基于矢量擬合方法的利用測(cè)量射頻阻抗參數(shù)提取所述全頻帶超寬帶天線模型元件參數(shù)值的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種天線等效模型及參數(shù)提取方法，特別涉及一種全頻帶超寬帶天線等效電路模型及參數(shù)提取方法。

背景技術(shù)

天線是無線通信系統(tǒng)中射頻信號(hào)接收與發(fā)送的重要元件，在各種不同領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。在天線和電路系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)中，根據(jù)阻抗匹配原則，常將天線的輸入阻抗調(diào)整到50歐，來匹配發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的其他電路部分。對(duì)于窄帶天線，這種方法具有很好的可行性，且能達(dá)到較高的精度要求。但在全頻帶超寬帶天線應(yīng)用，由于天線的輸入阻抗無法在一段較寬頻帶上均匹配到50歐，故上述方法對(duì)于全頻帶天線與電路的協(xié)同設(shè)計(jì)不具有可行性。

現(xiàn)階段，在全頻帶天線設(shè)計(jì)的過程中，常采用建立電路模型的方法研究天線的電磁學(xué)特性。然而，目前對(duì)全頻帶天線的電路模型建模研究還不是很完善，成為全頻帶天線和電路協(xié)同設(shè)計(jì)的一個(gè)主要難點(diǎn)。

目前國(guó)際上常用的天線電路模型，是類似于論文(Shin D R,Lee G,Park WS.Simplified Vector Potential and Circuit Equivalent Model for a Normal-ModeHelical Antenna.IEEE AntennasWireless Propagation Letters,2013,12(11):1037-1040.參考文獻(xiàn)1)提出的電阻-電容-電感串聯(lián)電路結(jié)構(gòu)來表征天線的諧振特性，但該電路模型只適用于窄帶天線電路建模，并且無法精確地表征天線的阻抗特性。

論文(Badawy M M,El-Azem Malhat H A,Zainud-Deen S H,et al.ASimpleEquivalent Circuit Model for Plasma Dipole Antenna.IEEE Transactions onPlasma Science,2015,43(12):4092-4098.參考文獻(xiàn)2)，提出了一種包含5個(gè)元件的電路模型，同參考文獻(xiàn)1相比，增加考慮了輻射電路和輻射電容，相比于參考文獻(xiàn)1，該論文的模型精度雖然有了改善，但仍是只適用于窄帶天線的建模，無法模擬全頻帶超寬帶天線的輸入阻抗特性。

參考文獻(xiàn)2利用迭代擬合的方法，利用天線的散射參數(shù)對(duì)天線電路模型進(jìn)行參數(shù)提取。這種方法具有簡(jiǎn)單和適用面廣等優(yōu)勢(shì)，尤其適用于大規(guī)模的傳統(tǒng)方法求解困難或不可解的問題。然而，迭代擬合的方法仍面臨不可避免的收斂問題。由于迭代初值的不同，迭代擬合方法的收斂值可能僅為局部最小值而非全局最小值，由此導(dǎo)致提取結(jié)果非最佳結(jié)果；或者，由于迭代初值不合理，導(dǎo)致迭代擬合會(huì)出現(xiàn)不收斂的情況。

為了避免上述兩種方法的缺陷，可以采用矢量擬合方法進(jìn)行天線電路模型建模。矢量方法核心在于先利用矢量擬合方法這一計(jì)算數(shù)學(xué)方法對(duì)所測(cè)天線射頻阻抗參數(shù)或?qū)Ъ{參數(shù)進(jìn)行處理，得到該射頻參數(shù)對(duì)應(yīng)的經(jīng)拉普拉斯變換后的多項(xiàng)式。再根據(jù)多項(xiàng)式結(jié)果推導(dǎo)出拓?fù)淠Ｐ停⑼瓿蓞?shù)提取。目前已有利用矢量擬合方法，進(jìn)行片上電感等效模型構(gòu)建和參數(shù)提取的文獻(xiàn)(Liang Y,Wang Y,Li L.Rational modeling of on-chip inductorby vector fitting[J].Analog Integrated CircuitsSignal Processing,2010,65(2):253-258.參考文獻(xiàn)3)。該論文首先利用矢量擬合方法對(duì)片上電感實(shí)測(cè)射頻導(dǎo)納參數(shù)值進(jìn)行處理，提出了一個(gè)4元件的等效模型，并實(shí)現(xiàn)參數(shù)提取。

發(fā)明內(nèi)容