【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于s11测量/仿真的滤波贴片天线的等效二端口网络s参数恢复、耦合矩阵诊断及电路模型提取方法与系统，属于微波。
技术介绍
1、无线通信系统中，天线和滤波器都是关键部件。为了小型化系统尺寸、降低插入损耗、抑制互耦，滤波器和天线的协同设计方法，即滤波天线，近年来得到了深入的研究和发展。
2、从不同的设计方法来看，滤波天线一般可分为三种类型：一是直接通过50ω或最佳阻抗接口连接天线和滤波器。二是将单极、贴片或缝隙天线被视为最后一级谐振器，并由额外的滤波电路级联。三是不使用额外滤波电路的滤波天线的设计。其中第三种性能优越，尺寸最紧凑，辐射效率最高。然而，由于缺乏综合理论，其设计通常需要耗时且繁琐的尝试过程。迄今为止，如何有效地设计此类滤波天线仍然是一个具有挑战性的任务。
3、耦合矩阵是理解耦合操作和预测耦合谐振器网络行为的有用工具。为了识别那些不满意的耦合值并确定性地指导调谐过程，计算机辅助调谐(cat)技术在微波行业中受到高度赞赏。到目前为止，大多数致力于cat算法的研究工作都是针对带通滤波器以及双工器。然而，所有这些cat方法都不能应用于天线。这是因为带通滤波器是一个二端口微波器件。双端口s参数的测量可以为所使用的有理函数逼近技术提供足够的信息，例如柯西方法矢量拟合和基于模型的矢量拟合用于耦合矩阵诊断。它对于双工器或具有更多端口的微波组件也有效。相比之下，天线(单端馈电)是一种单端口微波组件。它无法从s11测量中为现有cat算法提供足够的信息。
技术实现思路>
1、专利技术目的：为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术目的在于提出一种基于s11测量/仿真的滤波贴片天线的等效二端口网络s参数恢复、耦合矩阵诊断及电路模型提取方法与系统。
2、技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的一种滤波贴片天线的等效二端口网络s参数恢复方法，包括如下步骤：
3、通过测量或仿真得到滤波贴片天线的s11参数；
4、设定虚拟端口接收天线发送的所有信号，将滤波贴片天线等效为二端口网络，通过计算恢复二端口网络的s参数矩阵其中，基于矢量拟合vf方法从s11中恢复基于散射参数的性质恢复并基于幅度关系等式、曲线拟合以及s矩阵与y矩阵的转换与y参数极点留数约束恢复和
5、作为优选，使用矢量拟合(vf)技术从测量的(或模拟的)s11中恢复根据vf方法，测量或模拟的s11可以近似为：
6、
7、其中nvf是vf方法求出的阶数，an是第n个极点，cn是第n个留数，d是常数，s是低通域中的频率变量转换为零极点形式为：
8、
9、其中zs11n是s11(s)的第n个零点；考虑馈线效应，可得s11(s)为：
10、
11、其中α(s)为馈线的幅值，为馈线的相位，其中βl是传输线的电长度，φ0是常数项，源自i/o耦合元件附近的高阶模；是去除馈线的实际模型的s11；因此vf拟合的s11(s)可表示为：
12、
13、式中前面m个零极点是馈线的，后面n个零极点是等效模型的的，可以根据它们到原点的距离区分，故可得为：
14、
15、其中n是等效模型的实际的阶数，是等效模型的的比例常数，是等效模型的的零点。
16、作为优选，根据散射参数的性质，和共享一个分母多项式，并且和的零点在虚轴上重合或围绕虚轴形成镜像对，可得：
17、
18、其中是等效模型的的零点，是等效模型的的零点的共轭，an由和共享。
19、作为优选，的零极点形式：
20、
21、其中是等效模型的的比例常数，是等效模型的的零点；和是待解的未知量；首先利用幅度关系等式和曲线拟合获得多种可能方案，再基于s矩阵与y矩阵的转换关系得到导纳矩阵[ym]2×2，然后vf方法将y参数表示成零极点形式，最后通过求解如下公式获得最终唯一解的确定方案：
22、
23、其中n是阶数，分别表示等效模型的根据vf方法求解出的极点pn对应的留数。
24、本专利技术提供的一种基于s11参数的滤波贴片天线的耦合矩阵诊断方法，包括如下步骤：
25、使用所述的滤波贴片天线的等效二端口网络s参数恢复方法，基于测量或仿真的n阶滤波贴片天线的s11参数，恢复等效二端口网络的散射矩阵[sm]2×2，并建立导纳矩阵[ym]2×2，根据[ym]2×2诊断出滤波贴片天线的横向耦合矩阵[m](n+2)×(n+2)。
26、作为优选，所述横向耦合矩阵[m](n+2)×(n+2)与导纳矩阵[ym]2×2的关系公式如下：
27、
28、其中：
29、
30、
31、mnn＝j×pn n＝1,...,n
32、是常数项，j表示虚数单位。
33、本专利技术提供的一种基于s11参数的滤波贴片天线的电路模型提取方法，包括如下步骤：
34、使用所述的滤波贴片天线的耦合矩阵诊断方法，得到滤波贴片天线的横向耦合矩阵；
35、基于诊断出的横向耦合矩阵，提取滤波贴片天线的电路模型；所述的滤波贴片天线电路模型，谐振模式被建模为并联lc谐振器，耦合被建模为导纳逆变器。
36、作为优选，电路模型中电路参数根据以下公式计算：
37、
38、
39、
40、
41、
42、其中cn是谐振器的电容值，ln是谐振器的电感值，f0是中心频率，jsn、jln、jsl分别是电源与谐振器、负载与谐振器、电源与负载之间的耦合，fbw是相对带宽。
43、本专利技术提供的一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序/指令，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现所述的滤波贴片天线的等效二端口网络s参数恢复方法的步骤，所述的滤波贴片天线的耦合矩阵诊断方法的步骤，或者所述的基于s11参数的滤波贴片天线的电路模型提取方法的步骤。
44、本专利技术提供的一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现所述的滤波贴片天线的等效二端口网络s参数恢复方法的步骤，所述的滤波贴片天线的耦合矩阵诊断方法的步骤，或者所述的基于s11参数的滤波贴片天线的电路模型提取方法的步骤。
45、有益效果：由上述技术方案可知，本专利技术的有益效果为：第一，本专利技术从天线的s11测量/仿真中恢复二端口s参数，可以直接诊断n阶滤波贴片天线的耦合矩阵，而无需引入额外的仿真端口和辐射测量数据；第二，本专利技术可以定量地提取滤波天线的电路模型，提取的电路模型不仅可以准确表征滤波天线的阻抗，还可以预测其归一化实现增益；第三，本专利技术具有通用性强、全自动化、诊断速度快的优点，可用于计算机辅助调谐(cat)程序中的滤波天线设计，在天线和滤波器理论之间架起了一座桥梁。
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1.一种滤波贴片天线的等效二端口网络S参数恢复方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的滤波贴片天线的等效二端口网络S参数恢复方法，其特征在于：根据VF方法，测量或模拟的S11近似为：
3.根据权利要求1所述的滤波贴片天线的等效二端口网络S参数恢复方法，其特征在于：根据散射参数的性质可得：
4.根据权利要求1所述的滤波贴片天线的等效二端口网络S参数恢复方法，其特征在于：和的零极点形式为：
5.一种基于S11参数的滤波贴片天线的耦合矩阵诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于S11参数的滤波贴片天线的耦合矩阵诊断方法，其特征在于，所述横向耦合矩阵[M](N+2)×(N+2)与导纳矩阵[YM]2×2的关系公式如下：
7.一种基于S11参数的滤波贴片天线的电路模型提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的基于S11参数的滤波贴片天线的电路模型提取方法，其特征在于，电路模型中电路参数根据以下公式计算：
9.一种计算机系统，包括存储器
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现根据权利要求1-4任一项所述的滤波贴片天线的等效二端口网络S参数恢复方法的步骤，根据权利要求5或6所述的滤波贴片天线的耦合矩阵诊断方法的步骤，或者根据权利要求7或8所述的基于S11参数的滤波贴片天线的电路模型提取方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种滤波贴片天线的等效二端口网络s参数恢复方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的滤波贴片天线的等效二端口网络s参数恢复方法，其特征在于：根据vf方法，测量或模拟的s11近似为：
3.根据权利要求1所述的滤波贴片天线的等效二端口网络s参数恢复方法，其特征在于：根据散射参数的性质可得：
4.根据权利要求1所述的滤波贴片天线的等效二端口网络s参数恢复方法，其特征在于：和的零极点形式为：
5.一种基于s11参数的滤波贴片天线的耦合矩阵诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于s11参数的滤波贴片天线的耦合矩阵诊断方法，其特征在于，所述横向耦合矩阵[m](n+2)×(n+2)与导纳矩阵[ym]2×2的关系公式如下：
7.一种基于s11参数的滤波贴片天线的电路模型提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
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【专利技术属性】
技术研发人员：吕云鹏，杨万，张翼鹏，刘倩文，祝雷，程崇虎，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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