一種微帶天線品質(zhì)因數(shù)提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域的天線技術(shù)，具體為一種微帶天線品質(zhì)因數(shù)提取方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微帶天線因具有成本低、體積小、質(zhì)量輕、低剖面、易集成等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用于 無線通信技術(shù)領(lǐng)域。微帶天線重要的電氣參數(shù)之一為品質(zhì)因數(shù)(Q值），對于工作在一定諧振 頻率的微帶天線，Q值的大小將直接影響天線的阻抗帶寬，因此精確的Q值提取方法至關(guān)重 要。
[0003] 雖然近年來電磁數(shù)值仿真技術(shù)迅速崛起，但是微帶天線作為一種開放式諧振器， 無法利用電磁數(shù)值仿真技術(shù)直接得到其Q值，必須采用一種Q值提取方法，在微波濾波器的 研究中雖然已有許多Q值提取算法，但是這些算法主要應(yīng)用于高Q值微波諧振器(Q值大于 100)。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，寬帶微帶天線的需求與日倶增，提高微帶天線的阻抗帶寬 必然要降低天線的Q值，通常，寬帶微帶天線的Q值遠遠小于100,所以仍需要研究一種應(yīng)用 于低Q值微帶天線的品質(zhì)因數(shù)提取方法，目前已有的微帶天線品質(zhì)因數(shù)提取方法準(zhǔn)確度不 尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中品質(zhì)因數(shù)提取方法的準(zhǔn)確度不高和無法應(yīng)用于低Q值微帶 天線的問題，而研制一種微帶天線品質(zhì)因數(shù)提取方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)手段如下：
[0006] -種微帶天線品質(zhì)因數(shù)提取方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1:獲得所述微帶天線隨頻率變化的輸入電阻曲線；
[0008] 步驟2:通過所述隨頻率變化的輸入電阻曲線得到最大輸入電阻值Rmax、以及與所 述最大輸入電阻值Rm X相對應(yīng)的諧振頻率fr;
[0009] 步驟3:在所述隨頻率變化的輸入電阻曲線上，得到與輸入電阻值0.67Rmax相對應(yīng) 的頻率frl和frf，所述頻率fVi、頻率分別位于諧振頻率點兩側(cè)；
[0010] 步驟4:根據(jù)頻率frl、fr2利用公另
\十算出微帶天線的品質(zhì)因數(shù)Q;
[0011] 進一步地，在得出微帶天線的品質(zhì)因數(shù)Q之后，所述微帶天線的輸入電阻與頻率之 間的對應(yīng)關(guān)系表示，
^其中，R(f)表示微帶天線的輸入電阻、Rmax表 示微帶天線的最大輸入電阻值、Q表示微帶天線的品質(zhì)因數(shù)、f表示微帶天線的頻率、fr表示 微帶天線的諧振頻率；
[0012] 進一步地，步驟1具體為通過電磁數(shù)值仿真技術(shù)或?qū)嵨餃y試來獲得所述微帶天線 隨頻率變化的輸入電阻曲線。
[0013] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種微帶天線品質(zhì)因數(shù)提取方法，提取 的品質(zhì)因數(shù)的準(zhǔn)確度高，能夠適用于各種微帶天線包括低Q值微帶天線。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明所述方法的流程圖；
[0015] 圖2是本發(fā)明所述微帶天線的等效示意圖；
[0016] 圖3是本發(fā)明矩形貼片微帶天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖4是本發(fā)明矩形貼片微帶天線的通過計算得到的隨頻率變化的輸入電阻曲線， 與通過電磁數(shù)值仿真技術(shù)或?qū)嵨餃y試所得到的隨頻率變化的輸入電阻曲線之間的比較示 意圖。
[0018] 圖中：11、矩形貼片，12、介質(zhì)基片，13、接地板。
【具體實施方式】
[0019] 如圖1所示的一種微帶天線品質(zhì)因數(shù)提取方法，包括如下步驟：
[0020] 步驟1:獲得所述微帶天線隨頻率變化的輸入電阻曲線；
[0021] 步驟2:通過所述隨頻率變化的輸入電阻曲線得到最大輸入電阻值Rmax、以及與所 述最大輸入電阻值Rmx相對應(yīng)的諧振頻率fr;
[0022] 步驟3:在所述隨頻率變化的輸入電阻曲線上，得到與輸入電阻值0.67Rmax相對應(yīng) 的頻率frl和fr2，所述頻率frl、頻率fr2分別位于諧振頻率fr點兩側(cè)，R(frl) =R(fr2)= 0.67Rmax,frl<fr<fr2；
[0023] 步驟4:根據(jù)頻率frl、fr2利用公另
卜算出微帶天線的品質(zhì)因數(shù)Q;
[0024] 進一步地，在得出微帶天線的品質(zhì)因數(shù)Q之后，所述微帶天線的輸入電阻與頻率之 間的對應(yīng)關(guān)系表示?
_中，R(f)表示微帶天線的輸入電阻、Rmax表 示微帶天線的最大輸入電阻值、Q表示微帶天線的品質(zhì)因數(shù)、f表示微帶天線的頻率、fr表示 微帶天線的諧振頻率;進一步地，步驟1具體為通過電磁數(shù)值仿真技術(shù)或?qū)嵨餃y試來獲得所 述微帶天線隨頻率變化的輸入電阻曲線。
[0025]本發(fā)明以微帶天線等效的RLC并聯(lián)諧振電路的輸入阻抗公式為基礎(chǔ)，進行數(shù)學(xué)理 論推導(dǎo)獲得微帶天線的品質(zhì)因數(shù)提取公式，下面具體說步
i勺推導(dǎo)過程：
[0026]圖2示出了本發(fā)明所述微帶天線的等效示意圖，如圖2所示，微帶天線可以等效為 RLC并聯(lián)諧振電路，進一步地，可以得出微帶天線的輸入阻抗計算公式為：
[0027]
[0028] 式（1)中Z(f)表示微帶天線的輸入阻抗、Rmax表示微帶天線的最大輸入電阻值、Q表 示微帶天線的品質(zhì)因數(shù)、f表示微帶天線的頻率、f r表示微帶天線的諧振頻率；
[0029] 由式（1)可以得出微帶天線的輸入阻抗幅度與最大輸入電阻值之間的關(guān)系式、以 及微帶天線的輸入電阻與最大輸入電阻值之間的關(guān)系式為：
[0030]
[0031]
[0032] 另外，微帶天線的輸入阻抗是一個包含實部和虛部的復(fù)數(shù)，具體地，
[0033] Z(f)=R(f)+jX(f) (4)
[0034] 式(4)中R(f)表示微帶天線的輸入電阻、X(f)表示微帶天線的輸入電抗；
[0035] 微帶天線的輸入電壓反射系數(shù)的模為：
[0036]
[0037 ]式(5)中Ζο表不輸入傳輸線的特征阻抗、VSWR表不天線的輸入電壓駐波比，按照輸 入電壓駐波比VSWR(Voltage Standing Wave Ratio) = 2且輸入傳輸線的特征阻抗Zo = Rmax 來計算，則有
[0038]
[0039]由式(6)進一步得到：
[0041] 進一步地，設(shè)定微帶天線的輸入阻抗幅度與最大輸入電阻之間的關(guān)系為：
[0042] Z(f) | =mRmax (9)
[0043] 設(shè)定微帶天線的輸入電阻與最大輸入電阻之間的關(guān)系為：
[0044] R(f)=nRmax (10)
[0045] 式(9)、（10)中，111、11均為與￥311? = 2的微帶天線頻率￡相對應(yīng)的待定系數(shù)，將式(9)、 (10)結(jié)合式(2)、（3)、（8)可獲得關(guān)于系數(shù)m、n的二元方程：
[0046]
[0047] 由式（11)得出111 = 0.818、11 = 0.67，進而￥311? = 2的輸入電阻與最大輸入電阻之間 的關(guān)系為：
[0048] R(fri)=R(fr2)=0.67Rmax (12)
[0049] 式(12)中，f rjPf r2是輸入電阻為0.67Rmax處的頻率值，結(jié)合式(3)、（ 12)可得：
[0050]
[0051]
[0052]
[0053]
[0054]將式(16)代入到式(15)可獲得提取微帶天線品質(zhì)因數(shù)的公式：
[0055]
[0056] 下面以矩形貼片微帶天線作為實施例來進一步說明本發(fā)明的實施步驟，圖3示出 了矩形貼片微帶天線的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，所述矩形貼片微帶天線包括介質(zhì)基片12、 置于介質(zhì)基片12背面的接地板13、置于介質(zhì)基片12正面的矩形貼片11;所述矩形貼片11貼 附于所述介質(zhì)基片12上，具有長度為L、寬度為W的矩形體結(jié)構(gòu);所述介質(zhì)基片12的相對介電 常數(shù)為 er;矩形貼片11與接地板13之間的距離為h，具體地，選定L = 130mm、W = 65mm、er = 2.55、h=15mm。那么，針對該實施例的矩形貼片微帶天線，提取其品質(zhì)因數(shù)的具體過程如 下：
[0057] 獲得所述微帶天線隨頻率變化的輸入電阻曲線；
[0058]通過所述隨頻率變化的輸入電阻曲線得到最大輸入電阻值Rmax為728.3 Ω、以及與 所述最大輸入電阻值Rmx相對應(yīng)的諧振頻率fr為677.3MHz ;
[0059] 在所述隨頻率變化的輸入電阻曲線上，得到與輸入電阻值0.67Rmax即488.0 Ω相對 應(yīng)的頻率frl和fr2，所述頻率frl、頻率f r2分別位于諧振頻率fr即677.3MHz點兩側(cè)，具體地，frl =669.5MHz, f r2 = 685.2MHz ；
[0060] 根據(jù)頻率frl、fr2計算出微帶天線的品質(zhì)因婁
[0061 ]對上述品質(zhì)因數(shù)提取方法的準(zhǔn)確程度進行驗ill：，付1>白狐州午?且1 r、取yv·八Hi Pii值Rmax 和提取得到的品質(zhì)因數(shù)值Q的具體數(shù)值代入到微帶天線的輸入電阻與頻率之間的對應(yīng)關(guān)系式
2中，得到隨頻率變化的輸入電阻曲線
將該曲線與步驟1中通過電磁數(shù)值仿真技術(shù)或?qū)嵨餃y試所獲得的隨頻率變化的輸入電阻曲 線進行比較，如圖4所示，由公￥
f到的隨頻率變化的輸入電阻曲 線，與通過電磁數(shù)值仿真技術(shù)或?qū)嵨餃y試得到的隨頻率變化的輸入電阻曲線十分吻合，說 明本發(fā)明微帶天線品質(zhì)因數(shù)提取方法非常準(zhǔn)確，圖4中的計算值表示由公式
2得到的隨頻率變化的輸入電阻曲線，圖4中的真實值表示通過電 磁數(shù)值仿真技術(shù)或?qū)嵨餃y試得到的隨頻率變化的輸入電阻曲線。
[0062]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種微帶天線品質(zhì)因數(shù)提取方法，其特征在于所述方法包括如下步驟： 步驟1:獲得所述微帶天線隨頻率變化的輸入電阻曲線； 步驟2:通過所述隨頻率變化的輸入電阻曲線得到最大輸入電阻值Rmax、以及與所述最 大輸入電阻值Rmx相對應(yīng)的諧振頻率fr; 步驟3:在所述隨頻率變化的輸入電阻曲線上，得到與輸入電阻值0.67Rmax相對應(yīng)的頻 率frl和fr2，所述頻率fVl、頻率fr2分別位于諧振頻率fr點兩側(cè)； 步驟4 :根據(jù)頻率f rl、f r2利用公式計算出微帶天線的品質(zhì)因數(shù)Q。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微帶天線品質(zhì)因數(shù)提取方法，其特征在于在得出微帶天線的 品質(zhì)因數(shù)Q之后，所述微帶天線的輸入電阻與頻率之間的對應(yīng)關(guān)系表示為其中，R(f)表示微帶天線的輸入電阻、1^\表示微帶天線的最大輸 入電阻值、Q表示微帶天線的品質(zhì)因數(shù)、f表示微帶天線的頻率、fr表示微帶天線的諧振頻 率。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微帶天線品質(zhì)因數(shù)提取方法，其特征在于步驟1具體為通過電 磁數(shù)值仿真技術(shù)或?qū)嵨餃y試來獲得所述微帶天線隨頻率變化的輸入電阻曲線。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微帶天線品質(zhì)因數(shù)提取方法，所述方法包括如下步驟：獲得所述微帶天線隨頻率變化的輸入電阻曲線；通過所述隨頻率變化的輸入電阻曲線得到最大輸入電阻值Rmax、以及與所述最大輸入電阻值Rmax相對應(yīng)的諧振頻率fr；在所述隨頻率變化的輸入電阻曲線上，得到與輸入電阻值0.67Rmax相對應(yīng)的頻率fr1和fr2，所述頻率fr1、頻率fr2分別位于諧振頻率fr點兩側(cè)；根據(jù)頻率fr1、fr2利用公式計算出微帶天線的品質(zhì)因數(shù)Q；本發(fā)明提取的品質(zhì)因數(shù)的準(zhǔn)確度高，能夠適用于各種微帶天線。
【IPC分類】G01R27/26
【公開號】CN105676002
【申請?zhí)枴緾N201610077136
【發(fā)明人】王鐘葆, 李小鳳, 佘如茹, 房少軍
【申請人】大連海事大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年2月2日