CN111355021B - 一种基于自身形状融合的带宽增强方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于自身形状融合的带宽增强方法，包括以下步骤：S1，选取一个基本天线，为带有寄生中心贴片的微带线馈电印刷缝隙天线；S2，将上述天线中的寄生中心贴片的形状和缝隙的形状提取出来，提取的形状既作为初始形状，也作为目标形状，再进行形状融合；S3，对提取的形状进行特征点的选取和对应，得到对应的特征点后进行插值，得到一系列形状的天线，具有不同的天线带宽。本发明在提高天线带宽时，与原来的提高带宽的设计方式相比，不用再依赖于天线设计者的电磁理论知识和经验，从而大大提高了设计的效率。

Description

一种基于自身形状融合的带宽增强方法
技术领域
本发明属于天线领域，涉及一种基于自身形状融合的带宽增强方法。
背景技术
随着无线通信系统的快速发展和应用的日益广泛，微带线馈电缝隙天线以其小型化、低成本、结构简单和易于与单片设备集成等优点受到了广泛的关注。但这种天线的带宽普遍较低，因此越来越多的人开始研究这种天线的带宽增强技术。
在微带线馈电缝隙天线带宽增强的设计方面，目前展宽天线带宽的方法有：增加基片材料的厚度、采用低介电常数的基片、采用阶梯型的基片、采用多层基片、改变辐射边的边长、使用多辐射贴片，或者采用基于阻抗匹配网络的宽带匹配技术等等。以上的这些方法虽然能提高带宽，但是会极大的增加天线的体积，且进行天线结构的改变时极大地依靠设计者的经验。
目前为提高天线带宽，天线的结构变得越来越复杂，也使得天线的制作变得越来越难。同时过多的依靠设计者的经验进行天线设计，
且设计的天线只能用于特定的天线。因此设计出的天线对基板介质和基板的厚度都有着严格的要求。当基板介质改变时，可能设计的天线的结果就会有非常大的改变，从而达不到指标要求。因此本文提出了一种基于形状融合的带宽增强方法，可大大提高天线设计的效率。
发明内容
本发明是针对当前为提高天线带宽，天线的结构变得越来越复杂且设计过多地依赖于天线设计者的经验的情况，提出了一种基于自身形状融合的天线带宽增强的方法，能够使设计者在提高天线带宽时更容易地进行天线的设计。同时因为该方法不用过多地依赖于天线设计者的经验，因而也大大提高了天线的设计效率。
包括以下步骤：
S1，选取一个基本天线，为带有寄生中心贴片的微带线馈电印刷缝隙天线；
S2，将上述天线中的寄生中心贴片的形状和缝隙的形状提取出来，提取的形状既作为初始形状，也作为目标形状，再进行形状融合；
S3，对提取的形状进行特征点的选取和对应，得到对应的特征点后进行插值，得到一系列形状的天线，具有不同的天线带宽。
优选地，所述S1中，寄生中心贴片和缝隙的形状均为菱形。
优选地，所述S3中对提取的形状进行特征点的选取和对应，包括以下步骤：
S31，在初始形状上选取多个特征点；
S32，将初始形状中的多个特征点依次后移一个点，得到的特征点作为目标形状的特征点，即将初始形状的第二个点作为目标形状的第一个点，初始形状的第三个点作为目标形状的第二个点，然后依次类推；
S33，将初始形状的多个特征点与目标形状的多个特征点进行对应。
本发明的有益效果如下：和传统的天线带宽的设计方法相比，这种方法不用过多地依赖于设计者的经验，可大大提高天线设计的效率。同时与传统的形状融合相比，本发明不用再寻找两个不同的形状。对于传统的形状融合来说，找到两个合适的形状也比较困难，因此与传统的形状融合相比，这种方法更加简单。
附图说明
图1为本发明方法具体实施例的基于自身形状融合的带宽增强方法的步骤流程图；
图2为本发明方法具体实施例的基于自身形状融合的带宽增强方法的S3步骤流程图；
图3为本发明方法具体实施例的基于自身形状融合的带宽增强方法的初始形状天线结构图；
图4为本发明方法具体实施例的基于自身形状融合的带宽增强方法的初始形状和目标形状选择对应点示意图；
图5为本发明方法具体实施例的基于自身形状融合的带宽增强方法的融合所产生的各种形状图；
图6为本发明方法具体实施例的基于自身形状融合的带宽增强方法的不同形状对应的回波损耗S11波形图；
图7为本发明方法具体实施例的基于自身形状融合的带宽增强方法的目标形状天线结构图；
图8为本发明方法具体实施例的基于自身形状融合的带宽增强方法的目标性状S11仿真结果与实测结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
参见图1-2，为本发明实施例的基于自身形状融合的带宽增强方法的步骤流程图，对于微带线馈电印刷缝隙天线，天线贴片和缝隙的形状对天线的带宽有着很大的影响。本实施例中，为了使天线的带宽最大，需要找到最佳的天线贴片和缝隙的形状以及它们的尺寸大小。本实施例，将自身形状融合应用于天线贴片和缝隙几何形状的设计过程中，从而完成对天线的贴片和缝隙的设计。
初始形状天线结构如图3所示。天线印制的基板的厚度为h，相对介电常数为4.4，损耗角正切为2.2，整个天线的尺寸为L×W；内侧菱形的边长为b，外侧菱形的边长为a；馈线的长度为d，宽度为s。本实施例中运用自身形状融合的部分为寄生贴片的形状(内侧菱形)和缝隙的形状(外侧菱形)。本实施例中天线结构的尺寸具体如下：
L＝W＝37mm,h＝1.6mm,a＝24.7mm,b＝12mm,d＝15mm,s＝3mm
具体实施例包括以下步骤：
S1，选取一个基本天线，为微带线馈电印刷缝隙天线，寄生贴片和缝隙的形状均为菱形；
S2，将上述天线中的菱形提取出来，既作为初始形状也作为目标形状，然后进行特征点的选取和对应和形状融合；
S3，对提取的形状进行特征点的选取和对应，得到对应的特征点后进行插值，得到一系列形状的天线，具有不同的天线带宽。参见图4在双菱形上的外菱形选取了8个特征点A1-A8，内菱形选取了8个特征点D1-D8，然后与之对应的目标形状中外菱形的特征点为B1-B8，内菱形的特征点为E1-E8。插值方法采用简单的线性插值，得到融合的形状C、F可由下式表示：
C(t)＝(1-t)A+tB
＝[(1-t)A1+tB1,...,(1-t)An+tBn]
＝[(1-t)A1+tA2,...,(1-t)An+tA1]
＝[C1(t),...,Cn(t)]
F(t)＝(1-t)D+tE
＝[(1-t)D1+tE1,...,(1-t)Dn+tEn]
＝[(1-t)D1+tD2,...,(1-t)Dn+tD1]
＝[F1(t),...,Fn(t)]
其中n＝8，t是形状融合系数，产生的一系列新的形状参见图5。
不同的t值，可得到不同形状的寄生贴片和缝隙，即得到不同的天线，这些天线的回波损耗S11的仿真结果参见图6。从图6中可以看到，当t的值从0开始逐渐增大时，天线的阻抗带宽性能逐步改善，当t＝0.2时，天线的阻抗带宽达到最优值，并且可以覆盖整个2.4/5.2/5.8GHz WLAN和2.5/3.5/5.5GHz WiMAX频段，从而实现了预期的天线设计的目标。此时对应的天线的几何结构图参见图7。
图8给出了仿真和实测的结果，天线的阻抗带宽实测结果为2.26-6.13GHz，在整个频段内的回波损耗S11都小于-10dB。与原天线相比，带宽提高了0.76GHz。原天线的带宽为2.26-5.37GHz，只能覆盖2.4/5.2WLAN和2.5/3.5WiMAX频段。而通过自身形状融合进行带宽的增强后，可以覆盖整个2.4/5.2/5.8GHz WLAN和2.5/3.5/5.5GHz WiMAX频段，从而使应用范围变得更广，也实现了预期的天线设计的目标。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于自身性状融合的带宽增强方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，选取一个基本天线，为带有寄生中心贴片的微带线馈电印刷缝隙天线；
S2，将上述天线中的寄生中心贴片的形状和缝隙的形状提取出来，提取的形状既作为初始形状，也作为目标形状，再进行形状融合；
S3，对提取的形状进行特征点的选取和对应，得到对应的特征点后进行插值，得到一系列形状的天线，具有不同的天线带宽；
所述S3中对提取的形状进行特征点的选取和对应，包括以下步骤：
S31，在初始形状上选取多个特征点；
S32，将初始形状中的多个特征点依次后移一个点，得到的特征点作为目标形状的特征点，即将初始形状的第二个点作为目标形状的第一个点，初始形状的第三个点作为目标形状的第二个点，然后依次类推；
S33，将初始形状的多个特征点与目标形状的多个特征点进行对应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1中，寄生中心贴片和缝隙的形状均为菱形。
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