寧波大學符宇航獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉寧波大學申請的專利一種基于寄生體的兩個天線間可調諧多頻點的去耦結構獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN114759345B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-29發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202210246774.7,技術領域涉及:H01Q1/52;該發明授權一種基于寄生體的兩個天線間可調諧多頻點的去耦結構是由符宇航;陳子航;劉珂炫;吳凱晟;陳益;華昌洲設計研發完成,并于2022-03-14向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種基于寄生體的兩個天線間可調諧多頻點的去耦結構在說明書摘要公布了:本發明公開了一種基于寄生體的兩個天線間可調諧多頻點的去耦結構,該去耦結構通過寄生體結構和拓撲結構來構成,寄生體結構和拓撲結構這兩種結構的主要部分就是可調諧元件的電容、電感和傳輸線,在實際應用中,實現該結構的貼片電容和貼片電感的尺寸相對都較小,寄生體結構和拓撲結構都是置于兩個天線之間,對于天線的結構沒有過大的要求且外部因素對電容和電感的影響較小,寄生體結構和拓撲結構構成都比較簡單的,且具備一定的規律性;優點是體積較小,對空間環境的需求較小,能夠滿足當前產品小型化的需求,且結構簡單,既能夠適用于具有單頻點的兩個天線間的去耦,也能夠適用于具有雙頻點以及雙頻點以上的兩個天線間的去耦,可拓展性較強。
本發明授權一種基于寄生體的兩個天線間可調諧多頻點的去耦結構在權利要求書中公布了:1.一種基于寄生體的兩個天線間可調諧多頻點的去耦結構,兩個天線左右并行間隔設置,將兩個天線間需要去耦的頻點數量記為n,n為大于等于1的整數,其特征在于所述的去耦結構包括n個寄生體結構和一個基于諧振電路的拓撲結構,n個寄生體結構均設置在兩個天線之間,n個寄生體結構沿一行從左向右間隔分布,每相鄰兩個寄生體結構之間具有一段距離; 將位于左側的天線稱為天線1,位于右側的天線稱為天線2,對n個寄生體結構按照從左向右順序采用1-n依次編號,其中,第1個寄生體結構與天線1之間具有一段距離,第n個寄生體結構與天線2之間具有一段距離,每個所述的寄生體結構分別由一根傳輸線和一個負載構成,所述的傳輸線的一端和所述的負載的一端連接,所述的負載的另一端接地,所述的負載從電容和電感中選擇其一,n個寄生體結構中,任意兩個寄生體結構中負載以及負載參數的選擇能夠相同也能夠不同,n個寄生體結構中的負載及負載參數選擇后能夠使兩個天線在每個頻點處的互導納的實部接近于零,當負載為電容時,負載參數為電容值,當負載為電感時,負載參數為電感值; 當n為1,即兩個天線之間需要進行去耦的頻點數量只有一個,此時所述的拓撲結構包括一個負載,所述的拓撲結構的負載的一端與天線1連接,所述的拓撲結構的負載的另一端與天線2連接,所述的拓撲結構的負載從電容和電感中選擇其一;若n為大于等于2的整數,此時所述的拓撲結構包括n-1個LC電路和一個負載,每個LC電路分別由一個電容和一個電感構成,每個所述的LC電路中,所述的電容的一端和所述的電感的一端連接,所述的電容的另一端作為所述的LC電路的一端,所述的電感的另一端作為所述的LC電路的另一端,n-1個LC電路的一端均與天線1連接,n-1個LC電路的另一端均與天線2連接,所述的負載的一端與天線1連接,所述的負載的另一端與天線2連接,所述的負載從電容和電感中選擇其一,n-1個LC電路中,任意兩個LC電路中電容的電容值能夠相同也能夠不同,電感的電感值能夠相同也能夠不同,n-1個LC電路中電容的電容值、電感的電感值、負載的選擇以及負載參數選擇后,能夠使兩個天線在每個頻點處的互導納的虛部為零,其中負載為電容時,負載參數為電容值,負載為電感時,負載參數為電感值; n個寄生體結構中的負載按照以下方法進行選擇: 1在對兩個天線間n個頻點進行去耦時,每個天線的后端都需要設置分配端口進行激勵,每個寄生體結構處也分別會設置一個分配端口進行激勵,將天線1對應的分配端口稱為1端口,天線2對應的分配端口稱為2端口,將第1個寄生體結構對應的分配端口稱為3端口,第2個寄生體結構對應的分配端口稱為4端口,以此類推,第n個寄生體結構對應的分配端口稱為n+2端口,此時兩個天線與n個寄生體結構構成n+2端口網絡,該n+2端口網絡的電壓與電流的關系采用式1表示為: 式1中,V1為該n+2端口網絡中1端口的電壓,V2為該n+2端口網絡中2端口間的電壓,V3為該n+2端口網絡中3端口間的電壓,以此類推,Vn+2為該n+2端口網絡中n+2端口的電壓,I1為流經該n+2端口網絡中1端口的電流,I2為流經該n+2端口網絡中2端口的電流,I3為流經該n+2端口網絡中3端口的電流,以此類推,In+2為流經該n+2端口網絡中n+2端口的電流; 為該n+2端口網絡的Z參數矩陣,當p=q時,Zpq表示該n+2端口網絡中p端口的輸入阻抗,當p≠q時,Zpq表示該n+2端口網絡中q端口至p端口的互阻抗,其中p=1,2,…,n+2,q=1,2,…,n+2; 2對于該n個寄生體結構,存在n個負載,這些負載或者為電容或者為電感,在任意頻點下,將n個負載的阻抗分別記為ZL1、ZL2、…、ZLn,i=1,2,…,n,ZLi為第i個寄生體結構的負載的阻抗,若該負載為電容,則Ci為該負載的電容值,若該負載為電感,則ZLi=j×2πfLi,Li為該負載的電感值,其中,f為任意頻點對應的頻率,j表示虛數;此時可以得到任意頻點下V3、V4、…、Vn+2與各個寄生體結構中各負載的阻抗ZL1、ZL2、…、ZLn之間的關系,將該關系采用式2表示為: 3、根據式2得到式3: 將式3寫成矩陣形式,得到式4: 4、令則經由式4得到式5: 6、令由此可以得到式6: 根據公式1可得到式7: 將式6帶入到7中可得式8: 此時,經過n個寄生體結構后,兩個天線和n個寄生體結構構成的n+2端口網絡變成了只有兩個天線構成的二端口網絡,天線1對應的是1端口,天線2對應的是2端口,式8即為該二端口網絡的電壓和電流的關系,將式8寫成矩陣形式,得到式9: 式9中,為二端口網絡的Z參數矩陣,Z11'表示為二端口網絡下,1端口的輸入阻抗,Z11'=Z11+[Z13Z14…Z1n+2]×M1,Z22'表示為二端口網絡下,2端口的輸入阻抗,Z22'=Z22+[Z23Z24…Z2n+2]×M2,Z12'表示為二端口網絡下,2端口至1端口的互阻抗,Z12'=Z12+[Z13Z14…Z1n+2]×M2,Z21'表示為二端口網絡下,1端口至2端口的互阻抗,Z21'=Z21+[Z23Z24…Z2n+2]×M1; 6、將兩個天線間第b個頻點對應的頻率記為fb,b=1,2,…,n,將兩個天線間第1個頻點下第a個寄生體結構中負載的電抗記為XLaf1,第1個頻點下第a個寄生體結構中負載的阻抗記為ZLaf1,a=1,2,…,n,ZLaf1=jXLaf1,即ZLaf1為XLaf1的虛部,將第b個頻點下第a個寄生體結構中負載的阻抗記為ZLafb,第b個頻點下第a個寄生體結構中負載的電抗記為XLafb,如果第b個頻點下第a個寄生體結構中負載為電容,則該負載的電抗為此時,如果第b個頻點下第a個寄生體結構中負載為電感,則該負載的電抗為此時 7、根據式1,兩個天線與n個寄生體結構構成n+2端口網絡,在第b個頻點下,該n+2端口網絡的電壓與電流的關系采用矩陣形式表示為: 式10中,V1fb為在第b個頻點下該n+2端口網絡中1端口的電壓,V2fb為在第b個頻點下該n+2端口網絡中2端口的電壓,以此類推,Vn+2fb為在第b個頻點下該n+2端口網絡中n+2端口的電壓;I1fb為在第b個頻點下流經該n+2端口網絡中1端口的電流,I2fb為在第b個頻點下流經該n+2端口網絡中2端口的電流,以此類推,In+2fb為在第b個頻點下流經該n+2端口網絡中n+2端口的電流;為在第b個頻點下該n+2端口網絡的Z參數矩陣,當w=v時,Zwvfb表示在第b個頻點下,該n+2端口網絡w端口的輸入阻抗,當w≠v時,Zwvfb表示在第b個頻點下,該n+2端口網絡中v端口至w端口的互阻抗,其中w=1,2,…,n+2,v=1,2,…,n+2; 8、將步驟6中確定的第b個頻點下,第a個寄生體結構中負載的阻抗ZLafb對應于式2中的阻抗ZLa,得到式11: 9、根據11得到式12: 將式12寫成矩陣形式得到式13: 10、令則根據式13得到式14: 11、令由此可以得到式15: 根據式10可以得到: 將式15帶入到式16中可得式17: 此時,二端口網絡的電壓和電流的關系采用矩陣形式表示為: 其中,Z11'fb=Z11fb+[Z13fbZ14fb…Z1n+2fb]×M1fb,Z11'fb表示在第b個頻點下,二端口網絡的1端口的輸入阻抗;Z22'fb=Z22fb+[Z23fbZ24fb…Z2n+2fb]×M2fb,Z22'fb表示在第b個頻點下,二端口網絡的2端口的輸入阻抗;Z12'fb=Z12fb+[Z13fbZ14fb…Z1n+2fb]×M2fb,Z12'fb表示在第b個頻點下,二端口網絡的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個頻點下,二端口網絡的1端口至2端口的互阻抗;將第b個頻點下,二端口網絡的1端口至2端口的互導納記為Y12'fb,由二端口網絡的各參量轉換公式可得Y12'fb表示為: 12設定中間參數Dfb,令其中,Re{Y12'fb}為Y12'fb的實部,Im{Y12'fb}為Y12'fb的虛部;給第1個頻點下,第a個寄生體結構中負載的電抗XLaf1在賦值范圍a1,a2內隨機賦值,其中a1的取值范圍為-1×106,-1×104,a2的取值范圍為1×10-4,1×108,若此時第a個寄生體結構中負載的電抗賦值為正,則此時該寄生體結構中負載確定為電感,繼而得到第b個頻點下第a個寄生體結構中負載的電抗為若此時第a個寄生體結構中負載的電抗賦值為負,此時該寄生體結構中負載確定為電容,繼而得到第b個頻點下第a個寄生體結構中負載的電抗為此時再通過步驟6-11得到Y12'fb,取Y12'fb的實部和虛部得到中間參數Dfb,此時得到Df1至Dfn,Dfb對應于第b個頻點,構建一個用于存儲數據的集合D,將當前得到的Df1至Dfn中取值最大的作為集合D的一個數據存入到集合D中,然后再次給第1個頻點下的第a個寄生體結構中負載的電抗XLaf1在賦值范圍a1,a2內隨機賦值,按照上述相同的方法再次向集合D中存入一個數據,直至集合D中存入Q個數據,Q即優化的次數,Q為大于等于500的整數;此時取該集合D中取值最小的數據,將其記為minD,minD對應的頻點下n個寄生體結構中負載的電抗賦值作為最終選定的各負載對應的電抗值; 13確定步驟12得到的n個寄生體結構中負載的電抗大于0的數量,將該數量記為m,則n個寄生體結構中負載為電感的數量為m個,為電容的數量為n-m個,將負載為電感的m個寄生體結構按照原來編號從小到大的順序再次按照1到m重新編號,則負載為電感的m個寄生體結構中第x個寄生體結構中負載的電感值XLx為負載為電感的m個寄生體結構中第x個寄生體結構中負載的電抗,x=1,2,…,m,將負載為電容的n-m個寄生體結構按照原來編號從小到大的順序再次按照1到n-m重新編號,負載為電容的n-m個寄生體結構中第y個寄生體結構中負載的電容值XLy為負載為電容的n-m個寄生體結構中第y個寄生體結構中電容的電抗值,y=1,2,…,n-m。
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