[发明专利]全频带超宽带天线电路模型

说明书

本发明公开了一种全频带超宽带天线电路模型，由N个A类基本模型单元和M个B类基本模型单元串联而成。基本模型单元总数目K（K=N+M）与测试频段内天线射频阻抗参数实部的频域冲击数目相等。A类基本模型单元数目N与频段划分后各频段Z参数经矢量拟合所得多项式中的电容型多项式数目相等。B类基本模型单元数目M与频段划分后各频段Z参数（射频阻抗参数）实部经矢量拟合所得多项式中电感型多项式数目相等。本发明实现在全频带超宽带条件下，对天线输入阻抗特性的高精度仿真。还公开了基于矢量拟合方法的利用测量射频阻抗参数提取所述全频带超宽带天线模型元件参数值的方法。

技术领域

本发明涉及一种天线等效模型及参数提取方法，特别涉及一种全频带超宽带天线等效电路模型及参数提取方法。

背景技术

天线是无线通信系统中射频信号接收与发送的重要元件，在各种不同领域具有广泛应用。在天线和电路系统的协同设计中，根据阻抗匹配原则，常将天线的输入阻抗调整到50欧，来匹配发射机和接收机的其他电路部分。对于窄带天线，这种方法具有很好的可行性，且能达到较高的精度要求。但在全频带超宽带天线应用，由于天线的输入阻抗无法在一段较宽频带上均匹配到50欧，故上述方法对于全频带天线与电路的协同设计不具有可行性。

现阶段，在全频带天线设计的过程中，常采用建立电路模型的方法研究天线的电磁学特性。然而，目前对全频带天线的电路模型建模研究还不是很完善，成为全频带天线和电路协同设计的一个主要难点。

目前国际上常用的天线电路模型，是类似于论文(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):1037-1040.参考文献1)提出的电阻-电容-电感串联电路结构来表征天线的谐振特性，但该电路模型只适用于窄带天线电路建模，并且无法精确地表征天线的阻抗特性。

论文(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):4092-4098.参考文献2)，提出了一种包含5个元件的电路模型，同参考文献1相比，增加考虑了辐射电路和辐射电容，相比于参考文献1，该论文的模型精度虽然有了改善，但仍是只适用于窄带天线的建模，无法模拟全频带超宽带天线的输入阻抗特性。

参考文献2利用迭代拟合的方法，利用天线的散射参数对天线电路模型进行参数提取。这种方法具有简单和适用面广等优势，尤其适用于大规模的传统方法求解困难或不可解的问题。然而，迭代拟合的方法仍面临不可避免的收敛问题。由于迭代初值的不同，迭代拟合方法的收敛值可能仅为局部最小值而非全局最小值，由此导致提取结果非最佳结果；或者，由于迭代初值不合理，导致迭代拟合会出现不收敛的情况。

为了避免上述两种方法的缺陷，可以采用矢量拟合方法进行天线电路模型建模。矢量方法核心在于先利用矢量拟合方法这一计算数学方法对所测天线射频阻抗参数或导纳参数进行处理，得到该射频参数对应的经拉普拉斯变换后的多项式。再根据多项式结果推导出拓扑模型，并完成参数提取。目前已有利用矢量拟合方法，进行片上电感等效模型构建和参数提取的文献(Liang Y,Wang Y,Li L.Rational modeling of on-chip inductorby vector fitting[J].Analog Integrated CircuitsSignal Processing,2010,65(2):253-258.参考文献3)。该论文首先利用矢量拟合方法对片上电感实测射频导纳参数值进行处理，提出了一个4元件的等效模型，并实现参数提取。

发明内容