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+[Z13 Z14 … Z1(n+2)]×M1,Z22'表示为二端口网络下,2端口的输入阻抗,Z22'=Z22+[Z23 Z24 … Z2(n+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+[Z13 Z14 … Z1(n+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+[Z23 Z24…Z2(n+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XLa(f1),第1个频点下第a个寄生体结构中负载的阻抗记为ZLa(f1),a=1,2,…,n,ZLa(f1)=jXLa(f1),即ZLa(f1)为XLa(f1)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ZLa(fb),第b个频点下第a个寄生体结构中负载的电抗记为XLa(fb),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,V1(fb)为在第b个频点下该n+2端口网络中1端口的电压,V2(fb)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+2(fb)为在第b个频点下该n+2端口网络中n+2端口的电压;I1(fb)为在第b个频点下流经该n+2端口网络中1端口的电流,I2(fb)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+2(fb)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,Zwv(fb)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,Zwv(fb)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ZLa(fb)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)=Z11(fb)+[Z13(fb) Z14(fb) …Z1(n+2)(fb)]×M1(fb),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)=Z22(fb)+[Z23(fb) Z24(fb) … Z2(n+2)(fb)]×M2(fb),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)=Z12(fb)+[Z13(fb) Z14(fb) … Z1(n+2)(fb)]×M2(fb),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)=Z21(fb)+[Z23(fb) Z24(fb) … Z2(n+2)(fb)]×M1(fb),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D(fb),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XLa(f1)在
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赋值范围(a1,a2)内随机赋值,其中a1的取值范围为(‑1×10 ,‑1×10),a2的取值范围为(1‑4 8×10 ,1×10 ),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D(fb),此时得到D(f1)至D(fn),D(fb)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D(f1)至D(fn)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XLa(f1)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。
2.根据权利要求1所述的一种基于寄生体的两个天线间可调谐多频点的去耦结构,其特征在于所述的拓扑结构中电容和电感的参数取值按照以下方法进行选择:(1)当n为1时,此时对单个频点进行去耦,选用一个电容或者电感作为拓扑结构的负载,该负载的电纳Y=Im{Y12'(f1)},经过拓扑结构后,两天线之间的互导纳的虚部为Im{Y12”(f1)}=Im{Y12'(f1)}‑Y=0,实现虚部为零的目的,此时该负载的电纳值若大于零,则为电容,其电容值 该负载的电纳值若小于零,则为电感,其电感值(2)当n为大于等于2的整数时,此时需要n‑1个LC电路和一个为电容或者电感的负载,将两个天线间第1个频点下拓扑结构的第β个LC电路中电容Cβ(f1)的电纳记为XCβ(f1),该电容的电容值为Cβ,β=1,2,…,n‑1;第1个频点下拓扑结构的第β个LC电路中电感Lβ(f1)的电纳记为XLβ(f1),该电感的电感值为Lβ;第b个频点下第β个LC电路中电容的电纳记为XCβ(fb), 第b个频点下第β个LC电路中电感的电纳记为XLβ(fb),若另外一个负载为电容,则第1个频点下该电容C'(f1)的电纳记为
XC'(f1),该电容的电容值为C',第b个频点下该电容的电纳记为XC'(fb),
此时有式(20)成立:
若另外一个负载为电感时,第1个频点下该电感L'(f1)的电纳记为XL'(f1),该电感的电感值为L'第b个频点fb下该电感的电纳记为XL'(fb), 此时有式(21)成立:
式(20)和(21)均为由n‑1个电容、n‑1个电感以及一个负载的电纳作为未知数的n维方程组,分别计算得到多组解,选择使得XCβ(f1)>0,XC'(f1)>0,XLβ(f1)<0,XL’(f1)<0同时成立的实数解作为未知数的值,继而得到第β个LC电路中电容的电容值 电感的电感值 当负载为电容时,该负载的电容值 当负载为
电感时,该负载的电感值