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宁波大学符宇航获国家专利权

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龙图腾网获悉宁波大学申请的专利一种基于寄生体的两个天线间可调谐多频点的去耦结构获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN114759345B

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-29发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202210246774.7,技术领域涉及:H01Q1/52;该发明授权一种基于寄生体的两个天线间可调谐多频点的去耦结构是由符宇航;陈子航;刘珂炫;吴凯晟;陈益;华昌洲设计研发完成,并于2022-03-14向国家知识产权局提交的专利申请。

一种基于寄生体的两个天线间可调谐多频点的去耦结构在说明书摘要公布了:本发明公开了一种基于寄生体的两个天线间可调谐多频点的去耦结构,该去耦结构通过寄生体结构和拓扑结构来构成,寄生体结构和拓扑结构这两种结构的主要部分就是可调谐元件的电容、电感和传输线,在实际应用中,实现该结构的贴片电容和贴片电感的尺寸相对都较小,寄生体结构和拓扑结构都是置于两个天线之间,对于天线的结构没有过大的要求且外部因素对电容和电感的影响较小,寄生体结构和拓扑结构构成都比较简单的,且具备一定的规律性;优点是体积较小,对空间环境的需求较小,能够满足当前产品小型化的需求,且结构简单,既能够适用于具有单频点的两个天线间的去耦,也能够适用于具有双频点以及双频点以上的两个天线间的去耦,可拓展性较强。

本发明授权一种基于寄生体的两个天线间可调谐多频点的去耦结构在权利要求书中公布了:1.一种基于寄生体的两个天线间可调谐多频点的去耦结构,两个天线左右并行间隔设置,将两个天线间需要去耦的频点数量记为n,n为大于等于1的整数,其特征在于所述的去耦结构包括n个寄生体结构和一个基于谐振电路的拓扑结构,n个寄生体结构均设置在两个天线之间,n个寄生体结构沿一行从左向右间隔分布,每相邻两个寄生体结构之间具有一段距离; 将位于左侧的天线称为天线1,位于右侧的天线称为天线2,对n个寄生体结构按照从左向右顺序采用1-n依次编号,其中,第1个寄生体结构与天线1之间具有一段距离,第n个寄生体结构与天线2之间具有一段距离,每个所述的寄生体结构分别由一根传输线和一个负载构成,所述的传输线的一端和所述的负载的一端连接,所述的负载的另一端接地,所述的负载从电容和电感中选择其一,n个寄生体结构中,任意两个寄生体结构中负载以及负载参数的选择能够相同也能够不同,n个寄生体结构中的负载及负载参数选择后能够使两个天线在每个频点处的互导纳的实部接近于零,当负载为电容时,负载参数为电容值,当负载为电感时,负载参数为电感值; 当n为1,即两个天线之间需要进行去耦的频点数量只有一个,此时所述的拓扑结构包括一个负载,所述的拓扑结构的负载的一端与天线1连接,所述的拓扑结构的负载的另一端与天线2连接,所述的拓扑结构的负载从电容和电感中选择其一;若n为大于等于2的整数,此时所述的拓扑结构包括n-1个LC电路和一个负载,每个LC电路分别由一个电容和一个电感构成,每个所述的LC电路中,所述的电容的一端和所述的电感的一端连接,所述的电容的另一端作为所述的LC电路的一端,所述的电感的另一端作为所述的LC电路的另一端,n-1个LC电路的一端均与天线1连接,n-1个LC电路的另一端均与天线2连接,所述的负载的一端与天线1连接,所述的负载的另一端与天线2连接,所述的负载从电容和电感中选择其一,n-1个LC电路中,任意两个LC电路中电容的电容值能够相同也能够不同,电感的电感值能够相同也能够不同,n-1个LC电路中电容的电容值、电感的电感值、负载的选择以及负载参数选择后,能够使两个天线在每个频点处的互导纳的虚部为零,其中负载为电容时,负载参数为电容值,负载为电感时,负载参数为电感值; n个寄生体结构中的负载按照以下方法进行选择: 1在对两个天线间n个频点进行去耦时,每个天线的后端都需要设置分配端口进行激励,每个寄生体结构处也分别会设置一个分配端口进行激励,将天线1对应的分配端口称为1端口,天线2对应的分配端口称为2端口,将第1个寄生体结构对应的分配端口称为3端口,第2个寄生体结构对应的分配端口称为4端口,以此类推,第n个寄生体结构对应的分配端口称为n+2端口,此时两个天线与n个寄生体结构构成n+2端口网络,该n+2端口网络的电压与电流的关系采用式1表示为: 式1中,V1为该n+2端口网络中1端口的电压,V2为该n+2端口网络中2端口间的电压,V3为该n+2端口网络中3端口间的电压,以此类推,Vn+2为该n+2端口网络中n+2端口的电压,I1为流经该n+2端口网络中1端口的电流,I2为流经该n+2端口网络中2端口的电流,I3为流经该n+2端口网络中3端口的电流,以此类推,In+2为流经该n+2端口网络中n+2端口的电流; 为该n+2端口网络的Z参数矩阵,当p=q时,Zpq表示该n+2端口网络中p端口的输入阻抗,当p≠q时,Zpq表示该n+2端口网络中q端口至p端口的互阻抗,其中p=1,2,…,n+2,q=1,2,…,n+2; 2对于该n个寄生体结构,存在n个负载,这些负载或者为电容或者为电感,在任意频点下,将n个负载的阻抗分别记为ZL1、ZL2、…、ZLn,i=1,2,…,n,ZLi为第i个寄生体结构的负载的阻抗,若该负载为电容,则Ci为该负载的电容值,若该负载为电感,则ZLi=j×2πfLi,Li为该负载的电感值,其中,f为任意频点对应的频率,j表示虚数;此时可以得到任意频点下V3、V4、…、Vn+2与各个寄生体结构中各负载的阻抗ZL1、ZL2、…、ZLn之间的关系,将该关系采用式2表示为: 3、根据式2得到式3: 将式3写成矩阵形式,得到式4: 4、令则经由式4得到式5: 6、令由此可以得到式6: 根据公式1可得到式7: 将式6带入到7中可得式8: 此时,经过n个寄生体结构后,两个天线和n个寄生体结构构成的n+2端口网络变成了只有两个天线构成的二端口网络,天线1对应的是1端口,天线2对应的是2端口,式8即为该二端口网络的电压和电流的关系,将式8写成矩阵形式,得到式9: 式9中,为二端口网络的Z参数矩阵,Z11'表示为二端口网络下,1端口的输入阻抗,Z11'=Z11+[Z13Z14…Z1n+2]×M1,Z22'表示为二端口网络下,2端口的输入阻抗,Z22'=Z22+[Z23Z24…Z2n+2]×M2,Z12'表示为二端口网络下,2端口至1端口的互阻抗,Z12'=Z12+[Z13Z14…Z1n+2]×M2,Z21'表示为二端口网络下,1端口至2端口的互阻抗,Z21'=Z21+[Z23Z24…Z2n+2]×M1; 6、将两个天线间第b个频点对应的频率记为fb,b=1,2,…,n,将两个天线间第1个频点下第a个寄生体结构中负载的电抗记为XLaf1,第1个频点下第a个寄生体结构中负载的阻抗记为ZLaf1,a=1,2,…,n,ZLaf1=jXLaf1,即ZLaf1为XLaf1的虚部,将第b个频点下第a个寄生体结构中负载的阻抗记为ZLafb,第b个频点下第a个寄生体结构中负载的电抗记为XLafb,如果第b个频点下第a个寄生体结构中负载为电容,则该负载的电抗为此时,如果第b个频点下第a个寄生体结构中负载为电感,则该负载的电抗为此时 7、根据式1,两个天线与n个寄生体结构构成n+2端口网络,在第b个频点下,该n+2端口网络的电压与电流的关系采用矩阵形式表示为: 式10中,V1fb为在第b个频点下该n+2端口网络中1端口的电压,V2fb为在第b个频点下该n+2端口网络中2端口的电压,以此类推,Vn+2fb为在第b个频点下该n+2端口网络中n+2端口的电压;I1fb为在第b个频点下流经该n+2端口网络中1端口的电流,I2fb为在第b个频点下流经该n+2端口网络中2端口的电流,以此类推,In+2fb为在第b个频点下流经该n+2端口网络中n+2端口的电流;为在第b个频点下该n+2端口网络的Z参数矩阵,当w=v时,Zwvfb表示在第b个频点下,该n+2端口网络w端口的输入阻抗,当w≠v时,Zwvfb表示在第b个频点下,该n+2端口网络中v端口至w端口的互阻抗,其中w=1,2,…,n+2,v=1,2,…,n+2; 8、将步骤6中确定的第b个频点下,第a个寄生体结构中负载的阻抗ZLafb对应于式2中的阻抗ZLa,得到式11: 9、根据11得到式12: 将式12写成矩阵形式得到式13: 10、令则根据式13得到式14: 11、令由此可以得到式15: 根据式10可以得到: 将式15带入到式16中可得式17: 此时,二端口网络的电压和电流的关系采用矩阵形式表示为: 其中,Z11'fb=Z11fb+[Z13fbZ14fb…Z1n+2fb]×M1fb,Z11'fb表示在第b个频点下,二端口网络的1端口的输入阻抗;Z22'fb=Z22fb+[Z23fbZ24fb…Z2n+2fb]×M2fb,Z22'fb表示在第b个频点下,二端口网络的2端口的输入阻抗;Z12'fb=Z12fb+[Z13fbZ14fb…Z1n+2fb]×M2fb,Z12'fb表示在第b个频点下,二端口网络的2端口至1端口的互阻抗;Z21'fb=Z21fb+[Z23fbZ24fb…Z2n+2fb]×M1fb,Z21'fb表示在第b个频点下,二端口网络的1端口至2端口的互阻抗;将第b个频点下,二端口网络的1端口至2端口的互导纳记为Y12'fb,由二端口网络的各参量转换公式可得Y12'fb表示为: 12设定中间参数Dfb,令其中,Re{Y12'fb}为Y12'fb的实部,Im{Y12'fb}为Y12'fb的虚部;给第1个频点下,第a个寄生体结构中负载的电抗XLaf1在赋值范围a1,a2内随机赋值,其中a1的取值范围为-1×106,-1×104,a2的取值范围为1×10-4,1×108,若此时第a个寄生体结构中负载的电抗赋值为正,则此时该寄生体结构中负载确定为电感,继而得到第b个频点下第a个寄生体结构中负载的电抗为若此时第a个寄生体结构中负载的电抗赋值为负,此时该寄生体结构中负载确定为电容,继而得到第b个频点下第a个寄生体结构中负载的电抗为此时再通过步骤6-11得到Y12'fb,取Y12'fb的实部和虚部得到中间参数Dfb,此时得到Df1至Dfn,Dfb对应于第b个频点,构建一个用于存储数据的集合D,将当前得到的Df1至Dfn中取值最大的作为集合D的一个数据存入到集合D中,然后再次给第1个频点下的第a个寄生体结构中负载的电抗XLaf1在赋值范围a1,a2内随机赋值,按照上述相同的方法再次向集合D中存入一个数据,直至集合D中存入Q个数据,Q即优化的次数,Q为大于等于500的整数;此时取该集合D中取值最小的数据,将其记为minD,minD对应的频点下n个寄生体结构中负载的电抗赋值作为最终选定的各负载对应的电抗值; 13确定步骤12得到的n个寄生体结构中负载的电抗大于0的数量,将该数量记为m,则n个寄生体结构中负载为电感的数量为m个,为电容的数量为n-m个,将负载为电感的m个寄生体结构按照原来编号从小到大的顺序再次按照1到m重新编号,则负载为电感的m个寄生体结构中第x个寄生体结构中负载的电感值XLx为负载为电感的m个寄生体结构中第x个寄生体结构中负载的电抗,x=1,2,…,m,将负载为电容的n-m个寄生体结构按照原来编号从小到大的顺序再次按照1到n-m重新编号,负载为电容的n-m个寄生体结构中第y个寄生体结构中负载的电容值XLy为负载为电容的n-m个寄生体结构中第y个寄生体结构中电容的电抗值,y=1,2,…,n-m。

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