CN109145327B - 一种微带天线的开槽设置方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种微带天线的开槽设置方法及装置，用以提高天线带宽，使得回波损耗特性更好，从而提高天线工作效率。本申请实施例提供的一种微带天线的开槽设置方法，包括：构建同轴馈电的天线模型；利用预设算法对所述天线模型进行综合评价；根据评价结果进行微带天线开槽设置。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种微带天线的开槽设置方法及装置。
背景技术
微带天线是在一块厚度远小于工作波长的介质基片的一面敷以金属辐射片、一面全部敷以金属薄层作接地板而成；辐射片可以根据不同的要求设计成各种形状。微带天线具有质量轻、体积小和易于制造等优点，现如今，它已经广泛应用于无线通信中。
但是，现有微带天线的设计无法满足5G系统对大带宽的需求，谐振频率与中心频率不吻合，回波损耗特性较差，即天线工作效率较低。
发明内容
本申请实施例提供了一种微带天线的开槽设置方法及装置，用以提高天线带宽，使得回波损耗特性更好，从而提高天线工作效率。
本申请实施例提供的一种微带天线的开槽设置方法，包括：
构建同轴馈电的天线模型；
利用预设算法对所述天线模型进行综合评价；
根据评价结果进行微带天线开槽设置。
通过该方法，构建同轴馈电的天线模型，利用预设算法对所述天线模型进行综合评价，根据评价结果进行微带天线开槽设置，从而提高天线带宽，使得回波损耗特性更好，从而提高天线工作效率。
可选地，所述构建同轴馈电的天线模型，具体包括：
将微带天线的接地面划分为n块，并针对每一块进行开槽，确定每一块的性能指标，n为正整数。
可选地，所述每一块的性能指标包括：每一块的开槽位置与同轴馈电点之间的距离、微带天线-10dB带宽、回波损耗、谐振频率；
利用预设算法对所述天线模型进行综合评价，具体包括：
利用预设的m个不同等级的定性指标值，量化每一块的开槽位置与同轴馈电点之间的距离、微带天线-10dB带宽、回波损耗及谐振频率，得到模糊指标矩阵；m为预设正整数；
利用预设的权重向量，对所述模糊指标矩阵进行归一加权化处理，得到模糊决策矩阵；
利用预设的模糊优选决策，确定开槽位置。
可选地，利用如下公式对所述模糊指标矩阵进行归一加权化处理：
其中，i＝1,2,…,L,…,n。
可选地，利用预设的模糊优选决策，确定开槽位置，具体包括：
利用如下公式确定模糊正理想M+和模糊负理想M-：
其中，
是模糊决策矩阵中第j列的模糊指标值所对应的极大值；
是模糊决策矩阵中第j列的模糊指标值所对应的极小值；
通过下式确定开槽后的第i块地面与模糊正理想M+之间的距离
通过下式确定开槽后的第i块地面与模糊负理想M-之间的距离
设开槽后的第i块地面以隶属度μi从属于模糊正理想，则：
根据μi的值，确定开槽位置。
可选地，根据μi的值，确定开槽位置，具体包括：取两个最大的μi所对应的两块地面，作为开槽位置。
可选地，在将微带天线的接地面划分为n块，并针对每一块进行开槽之前，还包括：通过如下公式确定微带天线贴片的尺寸：
确定微带天线贴片的宽度w：
确定微带天线贴片的长度L：
其中：
c表示光速，h、εr、freq分别表示微带天线的介质层的厚度、介电常数及中心频率。
可选地，所述微带天线采用的材质为RO5880，所述h＝0.256mm、εr＝2.2、freq＝28GHz。
可选地，所述同轴馈电的天线模型采用的馈电端口为集总端口激励，端口平面设置为集总端口激励，端口阻抗设置为50Ω。
本申请实施例提供的一种微带天线的开槽设置装置，包括：
第一单元，用于构建同轴馈电的天线模型；
第二单元，用于利用预设算法对所述天线模型进行综合评价；
第三单元，用于根据评价结果进行微带天线开槽设置。
可选地，所述第一单元具体用于：
将微带天线的接地面划分为n块，并针对每一块进行开槽，确定每一块的性能指标，n为正整数。
可选地，所述每一块的性能指标包括：每一块的开槽位置与同轴馈电点之间的距离、微带天线-10dB带宽、回波损耗、谐振频率；
所述第二单元具体用于：
利用预设的m个不同等级的定性指标值，量化每一块的开槽位置与同轴馈电点之间的距离、微带天线-10dB带宽、回波损耗及谐振频率，得到模糊指标矩阵；m为预设正整数；
利用预设的权重向量，对所述模糊指标矩阵进行归一加权化处理，得到模糊决策矩阵；
利用预设的模糊优选决策，确定开槽位置。
可选地，利用如下公式对所述模糊指标矩阵进行归一加权化处理：
其中，i＝1,2,…,L,…,n。
可选地，利用预设的模糊优选决策，确定开槽位置，具体包括：
利用如下公式确定模糊正理想M+和模糊负理想M-：
其中，
是模糊决策矩阵中第j列的模糊指标值所对应的极大值；
是模糊决策矩阵中第j列的模糊指标值所对应的极小值；
通过下式确定开槽后的第i块地面与模糊正理想M+之间的距离
通过下式确定开槽后的第i块地面与模糊负理想M-之间的距离
设开槽后的第i块地面以隶属度μi从属于模糊正理想，则：
根据μi的值，确定开槽位置。
可选地，根据μi的值，确定开槽位置，具体包括：取两个最大的μi所对应的两块地面，作为开槽位置。
可选地，在将微带天线的接地面划分为n块，并针对每一块进行开槽之前，所述第一单元还用于：通过如下公式确定微带天线贴片的尺寸：
确定微带天线贴片的宽度w：
确定微带天线贴片的长度L：
其中：
c表示光速，h、εr、freq分别表示微带天线的介质层的厚度、介电常数及中心频率。
可选地，所述微带天线采用的材质为RO5880，所述h＝0.256mm、εr＝2.2、freq＝28GHz。
可选地，所述同轴馈电的天线模型采用的馈电端口为集总端口激励，端口平面设置为集总端口激励，端口阻抗设置为50Ω。
本申请另一实施例提供了一种计算设备，其包括存储器和处理器，其中，所述存储器用于存储程序指令，所述处理器用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行上述任一种方法。
本申请另一实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使所述计算机执行上述任一种方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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为本申请实施例提供的微带天线的开槽设置方法的具体流程示意图；
图2为本申请实施例提供的微带天线的空腔模型原理示意图；
图3为本申请实施例提供的微带天线的地面开槽示意图；
图4为本申请实施例提供的微带天线的地面联合开槽示意图；
图5为本申请实施例提供的微带天线的开槽设置的结果分析示意图；
图6为本申请实施例提供的一种微带天线的开槽设置方法的总体流程示意图；
图7为本申请实施例提供的一种微带天线的开槽设置装置的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种计算设备的结构示意图；。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种微带天线的开槽设置方法及装置，用以提高天线带宽，使得回波损耗特性更好，从而提高天线工作效率。
模糊数学就是用数学方法研究与处理模糊现象的数学，它是继经典数学、统计数学之后发展起来的一门新的数学学科，本申请实施例以微带天线的设计为例，详细介绍其地面开槽的设计方法和实现原理，针对5G系统大带宽的问题，对28GHz微带贴片天线的带宽做了优化，通过地面开槽的方式来改变贴片天线的等效电长度，开槽的具体位置通过模糊决策分析来确定。将模糊数学综合评价模型运用在天线地面开槽设计领域，既能拓展5G系统要求的大带宽，同时谐振频率可以与中心频率高度吻合，回波损耗特性更好，即天线工作效率更高。
本申请实施例针对毫米波技术领域的带宽达不到指标要求、回波损耗较大、谐振频率达不到中心频率附近等问题，将基于模糊决策分析的综合评价模型应用于微带天线的地面开槽中，提升系统的带宽，使得回波损耗小，天线工作效率更高。
下面给出具体流程的举例说明：
构建同轴馈电微带天线模型，且将微带天线接地面划分为9块，其中接地面总面积为5.7mm×3.39mm，划分后每一块地面面积为1.9mm×1.13mm，通过对每一块所划分的地面进行开槽(形成缝隙，从而改变天线电长度)，记录开槽的位置(xi,yj)，求出开槽位置的中心点距同轴馈电点的距离di，进行仿真分析，得出-10dB带宽为Bi，中心频率处的回波损耗为S11i，谐振频率为fi。然后，用基于模糊决策分析的综合评价模型，对9块开槽的地面进行评价，求出其隶属度μi，取隶属度最高的前两块联合开槽，此时开槽面积小于30％。对联合开槽后天线进行性能仿真，发现带宽得以提升，中心频率处的回波损耗性能得以提升，本申请实施例具有对其它天线类型的普适性，其总体设计流程图如图1所示，为了解决地面开槽天线设计中存在的上述问题，本申请实施例提供一种地面开槽天线的设计方法，该方法包括以下步骤：
构建同轴馈电模型的步骤：将微带天线的接地面划分为9块，并逐一对其进行开槽，记录开槽的位置、开槽处离馈电点的位置及其仿真结果性能参数；
基于模糊决策分析的综合评价模型步骤：
用A、B、C、D分别表示0～100百分制的等级依次降低的指标，其中A为[85 90 100]的三元素数组，B为[75 80 85]，C为[60 70 75]，D为[50 55 60]，A表示最好，D表示最差。通过这4个不同等级指标对开槽后的天线性能指标进行评价，其中开槽后的每一块天线的性能指标包括：馈电位置距贴片中心的距离、天线-10dB带宽、回波损耗及谐振频率。依据这些性能指标得到模糊指标矩阵；通过实验确定这些性能指标的权重信息；构造模糊决策矩阵；最后通过模糊优选决策得出最佳开槽位置。
微带天线设计的步骤：在HFSS软件中利用隶属度最高的前两个开槽位置进行微带天线开槽并仿真。
关于上述流程，下面给出具体实施例步骤的解释说明：
1.同轴馈电的天线模型的建立：
(1)本申请实施例在微带天线设计过程中采用的材质为RO5880(罗杰斯5880)，因为考虑到微带天线带宽窄的缺点，考虑选用低介电常数的材料，这样可以减小谐振腔中的电磁储能，降低天线的Q值(品质因素)，达到展宽带宽的目的，因为RO5880材质的介质常数范围一般在2.2～10.3，所以选择介电常数为2.2的RO5880。介质基片的厚度大小的改变同样可以改变带宽，但同样也会带来更多的表面波模式(利用结构上的变化来截断正在传播的表面波，使其在不连续处产生功率辐射的天线)，会削弱天线的辐射特性，改变增益方向图。基于毫米波短波长的考虑，在该波段一般不会采用厚介质板。综合以上考虑，微带天线的介质基片的厚度确定为0.256mm的RO5880。本申请实施例所需的微带天线材质的相关参数如下表1所示：
表1.微带天线材质的相关参数表
微带天线的空腔模型分析：
假定贴片和接地板之间有如下场分布：
只存在对坐标轴z的横磁波(Transverse Magnetic，TM)模式(磁场的纵向分量为零，而电场的纵向分量不为零的传播模式)，即只有电场分量
磁场分量
电场分量和磁场分量不随z值而变化；
贴片与接地板四周边缘处电流无法向分量，等同于边缘处磁场无切向分量，所以空腔四周可视为理想磁壁。微带天线的空腔模型原理如图2所示，图2中的Ms、E分别代表磁场强度和电场强度。
微带天线的微带贴片可看作宽为w，长为L的一段微带传输线，其终端(w边)处因为呈现开路，将形成电压波腹。另一端(w边)也呈现电压波腹，则有：
Ex＝E0cos(π·y/L)
其中，Ex代表x轴方向的电场强度，E0代表原点处的电场强度，y代表y坐标轴上的值。
微带天线的辐射由微带贴片四周与接地板间的窄缝形成。窄缝上电场的辐射可由面磁流的辐射来等效。等效的面磁流密度为：
其中：
是x方向的单位矢量；
是缝隙表面(辐射口径)的外法线方向单位矢量。
由于接地板的存在，天线主要向上半空间辐射。通过对微带天线的空腔模型分析，可得地面开槽缝隙对微带天线辐射强度的影响小于贴片开槽对微带天线辐射强度的影响。
微带贴片尺寸估算：
微带贴片的宽度：
考虑到边缘缩短效应，微带贴片的长度：
其中：
其中，h、εr、f分别代表介质层的高度、介电常数及中心频率。
本申请实施例采用集总端口激励：因为集总端口激励需要设置在物体模型内部，需要设定端口阻抗。集总端口直接在端口处计算S(散射)参数，设定的端口阻抗为集总端口上S参数的参考阻抗。在模式驱动求解类型下，需要设置积分线，积分线用来表示电场方向。集总端口边缘没有与导体或其他端口相接触的部分，默认边界条件是理想磁边界，因此不存在电场耦合到波端口边缘影响传输线特性的问题。
本申请实施例将微带天线地面进行开槽。具体通过以上场强辐射原理分析，将地面划分为9块。如图3所示，开槽第5块地面的长边范围为0～1.9，记为(0，1.9)；宽边范围为0～1.13，记为(0,1.13)。图3中天线地面灰色空白部分(其余均是紫色)为第5块开槽地面。对每一块地面开槽进行性能仿真，其结果如表2所示，其中馈电距离代表馈电位置距贴片中心的距离、带宽代表天线-10dB带宽：
表2地面开槽实验数据
基于模糊决策分析的综合评价模型：
(1)模糊决策的基本原理：
从原始的样本数据出发，先虚拟模糊正理想和模糊负理想，其中模糊正理想是由每一个指标中模糊指标值的极大值构成；模糊负理想是由每一个指标中模糊指标值的极小值构成。然后，采用加权欧氏距离的测度工具来计算各备选对象(即每一块地面)与模糊正理想和模糊负理想之间的距离。在此基础上，再计算各备选对象属于模糊正理想的隶属度，其方案优选的原则是，隶属度越大，该开槽位置越理想。
(2)模糊决策在天线地面开槽的实现：
第一步是先通过表2的数据信息对9个开槽位置进行综合评价。如下面的表3所示，A、B、C、D表示0～100百分制的不同等级指标(当然也可以根据需要设置其他个数的等级指标)，例如，A为[85 90 100]的三元素(当然也可以根据需要设置其他个数的元素)数组(选用A、B、C、D四个等级指标和三元素数组具有计算复杂度低和易于求解模糊决策矩阵的优点)，B为[75 80 85]，C为[60 70 75]，D为[50 55 60]，A表示最好，B表示第二好，C表示第三好，D表示最差，通过主观性实验经验对表2开槽后的天线性能指标用A、B、C、D四个指标进行打分，其中开槽后的天线性能指标为：馈电位置距贴片中心的距离、天线-10dB带宽、回波损耗及谐振频率：
表3开槽位置性能指标的定性分析
借鉴上表的思想，对于定性指标值A，B，C，D，可将其进行量化：
表4定性指标量化标准
| 评分等级 | A | B | C | D |
| 量化模糊数 | (85,90,100) | (75,80,85) | (60,70,75) | (50,55,60) |
第二步是通过表3和表4构造模糊指标矩阵为F：
天线的4个性能指标权重信息如下：
表5每一性能指标对应的权重信息
故权重向量为w＝[(0.1,0.1,0.1),(0.4,0.4,0.4),(0.3,0.3,0.3),(0.2,0.2,0.2)]。
第三步通过如下两式将F中的数据进行归一加权化，得到模糊决策矩阵Rij。
Rij＝W·Yij＝(w(1)y(1),w(2)y(2),w(3)y(3))
在模糊指标矩阵F中，有9个评价对象，每个评价对象的每一项评价指标用一个三元数组进行百分制评价。此处，max(ηi)代表某一项评价指标对应下的三元数组中的第三个数在1-9个评价对象中的最大取值。在该式中，Yi矩阵中i的值一旦选定，max(ηi)就无意义。其实该公式仅作为归一化的一般公式给出。
Yij即上式归一化公式。wy代表W矩阵和Y矩阵对应元素相乘，这里之所以有三个不同的表示，是因为采用三元素数组对天线性能指标进行评价。
本申请实施例有9个评价对象，对于第j(j＝1,2,3,4)个评价指标而言，在F中对应有9个模糊指标值，故矩阵F中的第j列元素记为xi＝(αi,βi,ηi)(i＝1,2,…,L,…,9)，该公式仅作为对Yi矩阵中三个字母αi、βi、ηi的说明。。
第四步是通过下式确定模糊正理想M+与模糊负理想M-：
M是归一化以后的模糊正(负)理想，它是根据模糊决策矩阵求得，而F矩阵是还未进行归一化的矩阵。其中
是模糊决策矩阵中第j列的模糊指标值所对应的极大值；
是模糊决策矩阵中第j列的模糊指标值所对应的极小值。
第五步是通过下式确定开槽后的地面i与模糊正理想M+之间的距离
第六步是确定开槽后的地面i与模糊负理想M-之间的距离
其中，第六步与第七步是采用加权欧氏距离的测度工具来计算各开槽地面与模糊正理想和模糊负理想之间的距离。
第七步是模糊优选决策：设开槽后的地面i以隶属度μi从属于模糊正理想，则：
显然，0≤μi≤1，若μi与M+越接近，则μi越接近于1。按隶属度μi从大到小排序。μi越大，则表示评价对象i越优秀，最后按照隶属度的评价结果确定开槽位置的优劣。
通过MATLAB按照上述思想与信息进行编程，得到地面开槽位置的隶属度及其排序如下表6所示：
表6编程结果数据
| 序号 | 隶属度 | 隶属度排序 |
| 1 | 0.7409 | 3 |
| 2 | 0.2074 | 9 |
| 3 | 0.7291 | 4 |
| 4 | 0.5802 | 7 |
| 5 | 0.8427 | 1 |
| 6 | 0.3631 | 8 |
| 7 | 0.6572 | 6 |
| 8 | 0.8083 | 2 |
| 9 | 0.7027 | 5 |
从以上结果可以看出，隶属度最好的两个开槽位置是第5块和第8块地面。
3.地面开槽微带天线设计的实现：
(1)HFSS软件的设计实现：
第一步先创建介质基片，该介质基片用一个长方体模型来表示，模型的底面位于xoy平面，中心位于坐标原点。所选材质为RO5880。
第二步创建辐射贴片，该辐射贴片位于介质基片上表面；接着创建参考地，它位于介质基片的底面。
第三步是创建一个圆柱体作为同轴馈电的内芯；接着创建圆面，该圆面位于xoy平面，与同轴馈电内芯作相减操作。
第四步是设置边界条件和端口激励：首先将辐射贴片与参考地设置为理想边界；在HFSS中辐射边界表面距离辐射体通常需要不小于0.25个工作波长，在这里创建了一个长方体模型，将长方体的表面设置为辐射边界；因为同轴线馈电端口在设计模型的内部，所以需要使用集总端口激励，在设计中，将端口平面设置为集总端口激励，端口阻抗设置为50Ω。
第五步是通过基于模糊决策分析的综合评价模型求解和分析可知，分别对第5块和第8块地面开槽进行联合仿真，其开槽示意图如图4所示。
第六步是扫频设置。因为微带天线的工作频率为28GHz，所以求解频率设置为28GHz。同时添加27GHz～29GHz的扫频设置，选择快速扫频类型，然后分析天线在27GHz～29GHz频段的S11参数性能，如图5所示。从图5的比较可以看出，当使用模糊综合评价的地面开槽模型进行HFSS微带天线设计时，谐振频率为28GHz，此时S11约为-34.8dB，-10dB带宽为0.48GHz。同时，通过与未开槽的微带天线相比，回波损耗性能提升了7.3dB，同时带宽扩展了110MHz。
综上所述，本申请实施例所提供的一种地面开槽的天线设置方法，首先构建同轴馈电的天线模型：将微带天线的接地面划分为9块，并逐一对其进行开槽，记录开槽的位置、开槽处离馈电点的位置及其仿真结果性能；基于折中型模糊决策分析的综合评价模型：通过定性指标值量化开槽后的各项指标值，给出精确的定量指标值且得到模糊指标矩阵，对模糊指标矩阵进行归一化处理，构造模糊决策矩阵，模糊优选决策得出最佳开槽位置；微带天线设计：在HFSS软件中利用所述隶属度最高的前两个开槽位置进行微带天线开槽，实现了天线带宽的扩展，谐振频率可以与中心频率高度吻合，回波损耗特性更好，即天线工作效率更高。
因此，参见图6，本申请实施例提供的一种微带天线的开槽设置方法，包括：
S101、构建同轴馈电的天线模型；
S102、利用预设算法对所述天线模型进行综合评价；
S103、根据评价结果进行微带天线开槽设置。
可选地，所述构建同轴馈电的天线模型，具体包括：
将微带天线的接地面划分为n块，并针对每一块进行开槽，确定每一块的性能指标，n为正整数。例如，n为9。
可选地，所述每一块的性能指标包括：每一块的开槽位置与同轴馈电点之间的距离、微带天线-10dB带宽、回波损耗、谐振频率；
利用预设算法对所述天线模型进行综合评价，具体包括：
利用预设的m个不同等级的定性指标值，量化每一块的开槽位置与同轴馈电点之间的距离、微带天线-10dB带宽、回波损耗及谐振频率，得到模糊指标矩阵；m为预设正整数；例如，m为4。
利用预设的权重向量，对所述模糊指标矩阵进行归一加权化处理，得到模糊决策矩阵；
利用预设的模糊优选决策，确定开槽位置。
可选地，利用如下公式对所述模糊指标矩阵进行归一加权化处理：
其中，i＝1,2,…,L,…,n。
可选地，利用预设的模糊优选决策，确定开槽位置，具体包括：
利用如下公式确定模糊正理想M+和模糊负理想M-：
其中，
是模糊决策矩阵中第j列的模糊指标值所对应的极大值；
是模糊决策矩阵中第j列的模糊指标值所对应的极小值；
通过下式确定开槽后的第i块地面与模糊正理想M+之间的距离
通过下式确定开槽后的第i块地面与模糊负理想M-之间的距离
设开槽后的第i块地面以隶属度μi从属于模糊正理想，则：
根据μi的值，确定开槽位置。
可选地，根据μi的值，确定开槽位置，具体包括：取两个最大的μi所对应的两块地面，作为开槽位置。
可选地，在将微带天线的接地面划分为n块，并针对每一块进行开槽之前，还包括：通过如下公式确定微带天线贴片的尺寸：
确定微带天线贴片的宽度w：
确定微带天线贴片的长度L：
其中：
h、εr、freq分别表示微带天线的介质层的厚度、介电常数及中心频率。
可选地，所述微带天线采用的材质为RO5880，所述h＝0.256mm、εr＝2.2、freq＝28GHz。
可选地，所述同轴馈电的天线模型采用的馈电端口为集总端口激励，端口平面设置为集总端口激励，端口阻抗设置为50Ω。
参见图7，与上述方法相对应地，本申请实施例提供的一种微带天线的开槽设置装置，包括：
第一单元11，用于构建同轴馈电的天线模型；
第二单元12，用于利用预设算法对所述天线模型进行综合评价；
第三单元13，用于根据评价结果进行微带天线开槽设置。
可选地，所述第一单元具体用于：
将微带天线的接地面划分为n块，并针对每一块进行开槽，确定每一块的性能指标，n为正整数。
可选地，所述每一块的性能指标包括：每一块的开槽位置与同轴馈电点之间的距离、微带天线-10dB带宽、回波损耗、谐振频率；
所述第二单元具体用于：
利用预设的m个不同等级的定性指标值，量化每一块的开槽位置与同轴馈电点之间的距离、微带天线-10dB带宽、回波损耗及谐振频率，得到模糊指标矩阵；m为预设正整数；
利用预设的权重向量，对所述模糊指标矩阵进行归一加权化处理，得到模糊决策矩阵；
利用预设的模糊优选决策，确定开槽位置。
可选地，利用如下公式对所述模糊指标矩阵进行归一加权化处理：
其中，i＝1,2,…,L,…,n。
可选地，利用预设的模糊优选决策，确定开槽位置，具体包括：
利用如下公式确定模糊正理想M+和模糊负理想M-：
其中，
是模糊决策矩阵中第j列的模糊指标值所对应的极大值；
是模糊决策矩阵中第j列的模糊指标值所对应的极小值；
通过下式确定开槽后的第i块地面与模糊正理想M+之间的距离
通过下式确定开槽后的第i块地面与模糊负理想M-之间的距离
设开槽后的第i块地面以隶属度μi从属于模糊正理想，则：
根据μi的值，确定开槽位置。
可选地，根据μi的值，确定开槽位置，具体包括：取两个最大的μi所对应的两块地面，作为开槽位置。
可选地，在将微带天线的接地面划分为n块，并针对每一块进行开槽之前，所述第一单元还用于：通过如下公式确定微带天线贴片的尺寸：
确定微带天线贴片的宽度w：
确定微带天线贴片的长度L：
其中：
h、εr、freq分别表示微带天线的介质层的厚度、介电常数及中心频率。
可选地，所述微带天线采用的材质为RO5880，所述h＝0.256mm、εr＝2.2、freq＝28GHz。
可选地，所述同轴馈电的天线模型采用的馈电端口为集总端口激励，端口平面设置为集总端口激励，端口阻抗设置为50Ω。
本申请实施例提供的计算设备，该计算设备具体可以为桌面计算机、便携式计算机、智能手机、平板电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等。如图8所示，该计算设备可以包括中央处理器(Center Processing Unit，CPU)、存储器、输入/输出设备等，输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏等，输出设备可以包括显示设备，如液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)、阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)等。
存储器可以包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)，并向处理器提供存储器中存储的程序指令和数据。在本申请实施例中，存储器可以用于存储上述方法的程序。所述处理器用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行上述任一种方法。
本申请另一实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使所述计算机执行上述任一种方法。
所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NAND FLASH)、固态硬盘(SSD))等。
综上所述，本申请实施例通过地面开槽的方式来改变贴片天线的等效电长度，开槽的具体位置通过基于折中型模糊决策分析的综合评价模型来确定，将该模型运用在天线地面开槽设计领域，既能拓展5G系统要求的大带宽，同时谐振频率可以与中心频率高度吻合，回波损耗特性更好，即天线工作效率更高。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (16)
1.一种微带天线的开槽设置方法，其特征在于，该方法包括：
构建同轴馈电的天线模型；
利用预设算法对所述天线模型进行综合评价；
根据评价结果进行微带天线开槽设置；
其中，所述构建同轴馈电的天线模型，具体包括：
将微带天线的接地面划分为n块，并针对每一块进行开槽，确定每一块的性能指标，n为正整数；
所述每一块的性能指标包括：每一块的开槽位置与同轴馈电点之间的距离、微带天线-10dB带宽、回波损耗、谐振频率；
利用预设算法对所述天线模型进行综合评价，具体包括：
利用预设的m个不同等级的定性指标值，量化每一块的开槽位置与同轴馈电点之间的距离、微带天线-10dB带宽、回波损耗及谐振频率，得到模糊指标矩阵；m为预设正整数；
利用预设的权重向量，对所述模糊指标矩阵进行归一加权化处理，得到模糊决策矩阵；
利用预设的模糊优选决策，确定开槽位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用如下公式对所述模糊指标矩阵进行归一加权化处理：
其中，i＝1,2,…,n；所述模糊指标矩阵中的第j列元素记为xi＝(αi,βi,ηi)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用预设的模糊优选决策，确定开槽位置，具体包括：
利用如下公式确定模糊正理想M+和模糊负理想M-：
其中，
是模糊决策矩阵中第j列的模糊指标值所对应的极大值；
是模糊决策矩阵中第j列的模糊指标值所对应的极小值；j＝1,2,......,m；
通过下式确定开槽后的第i块地面与模糊正理想M+之间的距离
通过下式确定开槽后的第i块地面与模糊负理想M-之间的距离
设开槽后的第i块地面以隶属度μi从属于模糊正理想，则：
根据μi的值，确定开槽位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据μi的值，确定开槽位置，具体包括：取两个最大的μi所对应的两块地面，作为开槽位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将微带天线的接地面划分为n块，并针对每一块进行开槽之前，还包括：通过如下公式确定微带天线贴片的尺寸：
确定微带天线贴片的宽度w：
确定微带天线贴片的长度L：
其中：
c表示光速，h、εr、freq分别表示微带天线的介质层的厚度、介电常数及中心频率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述微带天线采用的材质为RO5880，所述h＝0.256mm、εr＝2.2、f＝28GHz。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述同轴馈电的天线模型采用的馈电端口为集总端口激励，端口平面设置为集总端口激励，端口阻抗设置为50Ω。
8.一种微带天线的开槽设置装置，其特征在于，包括：
第一单元，用于构建同轴馈电的天线模型；
第二单元，用于利用预设算法对所述天线模型进行综合评价；
第三单元，用于根据评价结果进行微带天线开槽设置；
其中，所述第一单元具体用于：
将微带天线的接地面划分为n块，并针对每一块进行开槽，确定每一块的性能指标，n为正整数；
所述每一块的性能指标包括：每一块的开槽位置与同轴馈电点之间的距离、微带天线-10dB带宽、回波损耗、谐振频率；
所述第二单元具体用于：
利用预设的m个不同等级的定性指标值，量化每一块的开槽位置与同轴馈电点之间的距离、微带天线-10dB带宽、回波损耗及谐振频率，得到模糊指标矩阵；m为预设正整数；
利用预设的权重向量，对所述模糊指标矩阵进行归一加权化处理，得到模糊决策矩阵；
利用预设的模糊优选决策，确定开槽位置。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，利用如下公式对所述模糊指标矩阵进行归一加权化处理：
其中，i＝1,2,…,n；所述模糊指标矩阵中的第j列元素记为xi＝(αi,βi,ηi)。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，利用预设的模糊优选决策，确定开槽位置，具体包括：
利用如下公式确定模糊正理想M+和模糊负理想M-：
其中，
是模糊决策矩阵中第j列的模糊指标值所对应的极大值；
是模糊决策矩阵中第j列的模糊指标值所对应的极小值；j＝1,2,......,m；
通过下式确定开槽后的第i块地面与模糊正理想M+之间的距离
通过下式确定开槽后的第i块地面与模糊负理想M-之间的距离
设开槽后的第i块地面以隶属度μi从属于模糊正理想，则：
根据μi的值，确定开槽位置。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，根据μi的值，确定开槽位置，具体包括：取两个最大的μi所对应的两块地面，作为开槽位置。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，在将微带天线的接地面划分为n块，并针对每一块进行开槽之前，所述第一单元还用于：通过如下公式确定微带天线贴片的尺寸：
确定微带天线贴片的宽度w：
确定微带天线贴片的长度L：
其中：
c表示光速，h、εr、freq分别表示微带天线的介质层的厚度、介电常数及中心频率。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述微带天线采用的材质为RO5880，所述h＝0.256mm、εr＝2.2、freq＝28GHz。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述同轴馈电的天线模型采用的馈电端口为集总端口激励，端口平面设置为集总端口激励，端口阻抗设置为50Ω。
15.一种计算设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储程序指令；
处理器，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行权利要求1至7任一项所述的方法。
16.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使所述计算机执行权利要求1至7任一项所述的方法。
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