一种宽带天线性能评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种宽带天线性能评价方法，属于微波技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的发展，UWB通信技术以其数据传输速率高、发射功率低、抗干 扰性能强、保密性好、成本低廉等一系列优点而备受重视，在无线通信、微波成像、射频标识 等诸多领域具有广阔的应用前景。针对UWB无线通信，不仅要求UWB天线在其工作频带内， 具有良好的阻抗匹配特性、稳定的辐射方向性、相对平坦的增益特性和极化特性，而且希望 天线体积足够小、成本低廉、便于加工与安装。
[0003] -般意义上认为具有超过25%相对带宽的天线就是超宽带天线。虽然传统偶极子 天线有较好的传输特性，但其尺寸规格已无法满足设备小型化的发展要求。常见小型UWB天线主要包括偶极子/单极子天线与缝隙天线，如果能发现它们的共性并将其量化，即可 为优化宽带天线的结构、开发新型天线教学软件、研制新型天线单元提供实践依据。
【发明内容】
[0004] 本发明的所要解决的技术问题在于针对【背景技术】存在的问题，提出一种宽带天线 性能评价方法，该评价方法既能用于解释天线的工作原理，又可用于天线教学软件的研制， 还能为新型宽带天线的研制提供参考依据。
[0005] 本发明为解决上述技术问题而采用如下技术方案：
[0006] -种宽带天线性能评价方法，在与待比较天线相同的频段上，选择双锥或单锥或 频率无关天线作为基准的模板天线，把待比较天线的阻抗频响特性与模板天线的阻抗频 响特性进行相关运算，分别得到待比较天线和模板天线在输入电阻和输入电抗特性上的相 关系数，根据相关系数确定待比较天线的宽带性能：输入电阻和输入电抗的相关系数越接 近于1，表示与模板天线性能相差越小，其宽带性能越好；反之表示与模板天线性能相差越 大，其宽带性能越差。
[0007] 进一步的，本发明的宽带天线性能评价方法，所述相关运算为线性变换中的线性 点积运算。
[0008] 进一步的，本发明的宽带天线性能评价方法，依据线性变换中的线性点积运算原 理，将相关运算表示为待比较天线和模板天线在输入电阻、输入电抗上的互相关函数，具体 为：
[0009] r^Z^f) ?Zreal (f) /IZi (f)IIZreal (f)
[0010] rJ=Zj(f) ?Zim(f)/1Zj (f)I|Zim(f)
[0011] 其中，分别是关于输入电阻和输入电抗的相关系数；ZjfhZ^f)分别为待比 较天线的输入电阻、输入电抗；ZMal(f)、Zim(f)分别为模板天线的输入电阻、输入电抗。
[0012] 进一步的，本发明选择传统单锥天线作为模板天线。
[0013] 进一步的，本发明选择印刷圆形单极子天线、印刷六边形单极子天线、印刷圆环单 极子天线作为待比较天线。
[0014] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0015] 本宽带天线性能评价方法简单易行，计算量小，可以快速初步评价天线的宽带性 能，窄带天线也可以用此方法来分析其宽带性能，对解释天线的工作原理、研制天线教学软 件和开发新型宽带天线，都有参考或借鉴作用。
【附图说明】
[0016] 图1是利用IE3D软件计算的天线输入电阻的频响曲线。
[0017] 图2是利用IE3D软件计算的天线输入电抗的频响曲线。
[0018] 图3是本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0020] 从理论上而言，双锥/单锥天线的阻抗带宽趋于无穷大，绝大多数宽带天线都可 以视作双锥/单锥天线的变形。因此，可以选择双锥/单锥天线作为基准的"模板天线"， 然后在相同的频段上分别测量不同结构"待评价宽带天线"的阻抗频响特性，并与"模板天 线"的阻抗频响特性进行相关运算，即可直观而定量地评估天线结构变化带来的宽带特性 变化。
[0021] 首先参考图3所示，本发明的方法流程如下：
[0022] 在与待比较天线相同的频段上，选择双锥或单锥或频率无关天线作为基准的模板 天线，把待比较天线的阻抗频响特性与模板天线的阻抗频响特性进行线性变换中的线性点 积运算，分别得到待比较天线和模板天线在输入电阻和输入电抗特性上的相关系数，根据 相关系数确定待比较天线的宽带性能：输入电阻和输入电抗的相关系数越接近于1，表示 与模板天线性能相差越小，其宽带性能越好；反之表示与模板天线性能相差越大，其宽带性 〇
[0023] 本发明依据线性变换中的线性点积运算原理，将相关运算表示为待比较天线和模 板天线在输入电阻、输入电抗上的互相关函数，具体为：
[0024] T1= Z ,(f)?Zreal (f) /IZi (f)I IZreal (f)
[0025] rj=Zj(f) ?Zim(f)/IZj (f) | |Zim(f)
[0026] 其中，ri、rj分别是关于输入电阻和输入电抗的相关系数；ZjfhZ^f)分别为待比 较天线的输入电阻、输入电抗；ZMal(f)、Zim(f)分别为模板天线的输入电阻、输入电抗。
[0027] 不失一般性，这里选择印刷圆形单极子天线、印刷六边形单极子天线、印刷圆环单 极子天线作为"待评价天线"，选择传统单锥天线作为"模板天线"，分别计算输入电阻和输 入电抗的相关系数，由判断相关系数定量说明天线的宽带特性：阻抗的相关系数越接近于 1，表示与模板天线性能相差越小，其宽带性能越好；反之表示与模板天线性能相差越大，其 宽带性能越差。进一步地，测量常规半波天线在同样频段上的阻抗频响特性，验证本发明同 样适用于窄带天线。
[0028] 如图1、2所示，本发明利用仿真软件计算出待评价天线及模板天线的输入阻抗频 响曲线。印刷圆形单极子天线、印刷六边形单极子天线、印刷圆环单极子天线及半波振子天 线四个待评价天线的输入电阻、电抗数据依次列为Zi (f)，i= 1，2, 3,4、Zj(f)，j= 1，2, 3, 4 ; 模板天线的输入电阻、电抗分别列为ZMal(f)、Zim(f)。依据线性变换中的线性点积运算原 理，给出输入电阻、电抗互相关函数的公式
[0029]ri=Z, (f) ?Zreal (f) /IZi (f) | |Zreal (f) |,i= 1, 2, 3, 4
[0030]rJ=Zj(f) ?Zim (f)/IZj (f) | |Zim(f) |,j= 1,2,3,4
[0031] 由此得到输入阻抗的相关系数，可以定量评价天线的宽带特性。阻抗的相关系数r 越接近于1，表示与模板天线性能相差越小，其宽带性能越好；反之表示与模板天线性能相 差越大，其宽带性能越差。
[0032]表1
【主权项】
1. 一种宽带天线性能评价方法，其特征在于：在与待比较天线相同的频段上，选择任 意阻抗匹配的双锥或单锥或频率无关天线作为基准的模板天线，把待比较天线的阻抗频响 特性与模板天线的阻抗频响特性进行相关运算，分别得到待比较天线和模板天线在输入电 阻和输入电抗特性上的相关系数，根据相关系数确定待比较天线的宽带性能：输入电阻和 输入电抗的相关系数越接近于1，表示与模板天线性能相差越小，其宽带性能越好；反之表 示与模板天线性能相差越大，其宽带性能越差。
2. 根据权利要求1所述的宽带天线性能评价方法，其特征在于：所述相关运算为线性 变换中的线性点积运算。
3.根据权利要求1或2所述的宽带天线性能评价方法，其特征在于：依据线性变换中 的线性点积运算原理，将相关运算表示为待比较天线和模板天线在输入电阻、输入电抗上 的互相关函数，具体为： Ti=Z^f) . Zreal (f) / I Zi (f) I I Zreal (f) Tj=Zj^f)?Ziffl (f)/ IZj (f)I IZiffl(f) 其中，分别是关于输入电阻和输入电抗的相关系数；Zi⑴弋⑴分别为待比较天 线的输入电阻、输入电抗；ZMal(f)、Zim(f)分别为模板天线的输入电阻、输入电抗。
4.根据权利要求1所述的宽带天线性能评价方法，其特征在于：选择传统单锥天线作 为模板天线。
5.根据权利要求1所述的宽带天线性能评价方法，其特征在于：选择印刷圆形单极子 天线、印刷六边形单极子天线、印刷圆环单极子天线作为待比较天线。
【专利摘要】本发明公开了一种宽带天线性能评价方法，属于微波技术领域。本发明是在与待比较天线相同的频段上，设计理想的“宽带天线”作为模板天线，把待比较天线的阻抗频响特性，与模板天线的阻抗频响特性进行相关运算，分别比较输入电阻和输入电抗特性的相关系数，定量说明待比较天线的宽带性能。阻抗的相关系数越接近于1，表示与理想宽带天线性能相差越小，其宽带性能越好；反之表示与理想宽带天线性能相差越大，其宽带性能越差。本发明对解释天线的工作原理、研制天线教学软件和开发新型宽带天线，都有参考或借鉴作用。
【IPC分类】H01Q5-50
【公开号】CN104852151
【申请号】CN201510137682
【发明人】吕文俊, 章丹阳, 张庆年, 陈英, 朱洪波
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年3月26日