磁电天线宽带化方法
1.本发明属于磁电天线宽带化技术领域，涉及一种磁电天线宽带化方法。
背景技术：
2.传统的金属天线具有严谨精确的金属结构，导致天线尺寸需要与电磁波长相当，保持一定的长度才能以适当频率谐振，从而有效地发射或接收所需要的电磁波。金属天线的这种工作原理从本质上限制了天线的小型化。典型的小型化天线的尺寸也要超过十分之一波长。近些年，经过探索电磁波辐射和接收的新机制、新机理，出现了一种具有新的辐射机理的磁电天线。这种磁电天线由压电/铁磁薄膜异构体构成。通过电压激励，压电薄膜产生声波，并通过压电/铁磁界面的应变传递，引发铁磁薄膜的时变磁流，实现电磁波的辐射。反之，磁电天线感应电磁波的磁场，导致压电薄膜的电压输出。这种天线工作的时候是基于声波的机械共振频率而不是电磁波共振。同样的频率下，波速越低，尺寸越小。由于声波的波速比电磁波的波速小4-5个数量级，因此具有新机理的磁电天线可十分有效的实现天线小型化。在相同谐振频率且性能没有下降的条件下，磁电天线比传统金属天线的尺寸可缩减10-100倍。
3.虽然磁电天线可以有效的实现天线的小型化，但由于磁电天线的工作原理是基于声波谐振，故存在带宽窄的限制问题，使其不能满足通信应用场景的需求。经过检索，现有技术中未发现有研究人员给出解决磁电天线窄带化问题的有效方法。
技术实现要素：
4.本发明的目的是提供一种磁电天线宽带化方法，采用本发明提供的方法能够提高磁电天线的带宽。
5.本发明所采用的技术方案是，磁电天线宽带化方法，具体包括如下步骤：
6.步骤1，采用矢量网络分析仪vna测试出磁电天线的s11参数曲线；
7.步骤2，根据步骤1测量得到的s11参数曲线提取mbvd模型参数；
8.步骤3，根据步骤2所得结果，在ads中建立磁电天线mbvd仿真模型，对建立的磁电天线mbvd仿真模型进行改进，分析改进后的磁电天线mbvd仿真模型对单个磁电天线带宽的影响。
9.本发明的特点还在于：
10.步骤1的具体过程为：将标准增益的喇叭天线放置在待测磁电天线的远场位置，并将喇叭天线、磁电天线通过传输线分别与矢量网络分析仪vna的两个端口连接。
11.步骤1中，远场距离必须满足其中d为喇叭天线与磁电天线之间的距离，d为待测磁电天线的口径，λ为所测的电磁波波长。
12.步骤2的具体过程为：所述磁电天线mbvd模型参数包括静态电容c0、动态电容cm、动态电感lm、动态电阻rm、电极损耗rs、介电损耗r0；
13.静态电容c0的提取过程为：
14.通过矢量网络分析vna测量的s11参数幅值和相位转化为z参数的实部ri和虚部xi，通过z参数读取串联谐振点fs和并联谐振点f
p
；取远离串并联谐振点处1ghz以外的n个频点fi处的阻抗的平均值，得到c0，计算公式如下：
[0015][0016]
动态电容cm的提取过程为：
[0017][0018]
其中，r＝[(f
p
/fs)
2-1]-1
；
[0019]
动态电感lm的提取过程为：
[0020][0021]
从s11参数曲线图中读取从曲线峰值下降3db的带宽f
δ3db
，计算fs和f
p
处的q值，计算公式如下：
[0022][0023][0024]
通过如下公式(6)～(8)计算rs、r0、rm：
[0025][0026][0027][0028]
步骤3中，对建立的磁电天线mbvd仿真模型进行改进的方式为：对磁电天线分别进行不同电感的串并联和不同电容的串并联；
[0029]
根据改进后的磁电天线s11参数曲线分析不同电路对磁电天线宽带的影响，通过对磁电天线s11参数曲线分析可知，对磁电天线串联不同的电感能够提高天线带宽。
[0030]
本发明的有益效果如下：
[0031]
1.本发明拓宽磁电天线带宽的方法过程简单有效不繁琐。
[0032]
2.由于本发明拓宽磁电天线带宽的方法中所使用的电感电容元件简单且常见，使得本发明有效降低了成本。
[0033]
3.由于本发明不仅仅可以拓宽本实施例所述的磁电天线的带宽，对于拓宽其它类型的磁电天线的带宽同样适用，使得本发明泛化性强。
附图说明
[0034]
图1为本发明磁电天线宽带化方法的实现流程图；
[0035]
图2为本发明磁电天线宽带化方法搭建的测试平台；
[0036]
图3为本发明磁电天线宽带化方法对实物测量得到的s11参数曲线；
[0037]
图4为本发明磁电天线宽带化方法中所涉及的mbvd模型图；
[0038]
图5为本发明磁电天线宽带化方法中磁电天线mbvd拟合的s11参数曲线；
[0039]
图6为本发明磁电天线宽带化方法中磁电天线串联电感的电路图；
[0040]
图7为本发明磁电天线宽带化方法中磁电天线串联不同电感的s11参数曲线图；
[0041]
图8为本发明磁电天线宽带化方法中磁电天线并联电感的电路图；
[0042]
图9为本发明磁电天线宽带化方法中磁电天线并联不同电感的s11参数曲线图；
[0043]
图10为本发明磁电天线宽带化方法中磁电天线串联电容的电路图；
[0044]
图11为本发明磁电天线宽带化方法中磁电天线串联不同电容的s11参数曲线图；
[0045]
图12为本发明磁电天线宽带化方法中磁电天线并联电容的电路图；
[0046]
图13为本发明磁电天线宽带化方法中磁电天线并联不同电容的s11参数曲线图。
[0047]
图中，1.矢量网络分析仪vna，2.显示器，3.光学显微镜，4.探针座，5.gsg探针，6.磁电天线单元，7.钳式磁铁，8.电源，9.标准增益的喇叭天线。
具体实施方式
[0048]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0049]
本发明磁电天线宽带化方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
[0050]
步骤1，搭建测试平台，本发明的实施例中的测试平台装置如图2所示，图2中的1表示矢量网络分析仪vna，2表示显示器，3表示光学显微镜，4表示探针座，5表示gsg探针，6表示磁电天线单元，7表示钳式磁铁，8表示电源，9表示标准增益的喇叭天线。
[0051]
步骤2，采用矢量网络分析仪vna测试出磁电天线的s11参数曲线。
[0052]
参照附图2，结合本发明的实施例，对本发明采用矢量网络分析仪vna测试出磁电天线的s11参数曲线的过程做进一步的描述。
[0053]
首先将标准增益的喇叭天线9放置在待测磁电天线6的远场位置，并将喇叭天线、磁电天线通过传输线分别与矢量网络分析仪vna1的两个端口连接。
[0054]
其中远场距离必须满足其中d为喇叭天线与磁电天线之间的距离，即本实施例中喇叭天线与磁电天线之间的距离，d为待测天线的口径，λ为所测的电磁波波长，根据本实施例的所测磁电天线频率为2.5ghz，波长为0.12米，取d＝1.5m满足远场条件。
[0055]
参考附图3，对矢量网络分析仪vna进行校准后测量并得到磁电天线的s11参数曲线。
[0056]
步骤3，从测量得到的s11参数提取mbvd模型参数。
[0057]
参照附图4，结合本发明专利对mbvd模型参数的提取做进一步的描述。磁电天线mbvd模型参数由静态电容c0，动态电容cm，动态电感lm,动态电阻rm,电极损耗rs,介电损耗r0组成。
[0058]
提取静态电容c0。通过矢量网络分析vna测量的s11参数幅值和相位转化为z参数
的实部ri和虚部xi，通过z参数读取串联谐振点fs和并联谐振点f
p
；取远离串并联谐振点处1ghz以外的n个频点fi处的阻抗的平均值，得到c0，计算公式如下：
[0059][0060]
计算出电容比r和动态电容cm，计算公式如下：
[0061]
r＝[(f
p
/fs)
2-1]-1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)；
[0062][0063]
计算出动态电感lm,计算公式如下：
[0064][0065]
从s11参数曲线图中读取从曲线峰值下降3db的带宽f
δ3db
，计算fs和f
p
处的q值，计算公式如下：
[0066][0067][0068]
计算rs、r0、rm，计算公式如下：
[0069][0070][0071][0072]
联立式(7)、(8)、(9)计算出rs，r0，rm。
[0073]
根据上述步骤拟合得到的磁电天线mbvd模型参数如下：cm＝0.13985pf，lm＝28.91nh，rm＝5ohm，c0＝3.465pf，r0＝3ohm，rs＝44ohm。
[0074]
参考附图5，在ads中用mbvd模型拟合得到s11参数曲线。
[0075]
步骤4，在ads中建立磁电天线mbvd仿真模型，然后使用串并联电感和串并联电容四种方法研究对单个磁电天线带宽影响。
[0076]
(4a)根据步骤3得到的mbvd模型参数，cm＝0.13985pf，lm＝28.91nh，rm＝5ohm，c0＝3.465pf，r0＝3ohm，rs＝44ohm。在ads中建立磁电天线mbvd仿真模型；
[0077]
(4b)参考附图6，通过对磁电天线串联不同电感l＝0.1nh、l＝0.3nh、l＝0.5nh，分别得到磁电天线的s11曲线。将串联不同电感l＝0.1nh、l＝0.3nh、l＝0.5nh得到磁电天线的s曲线绘制在同一图内，如附图7所示，可得到串联不同电感能够有效提高天线的带宽；
[0078]
(4c)参考附图8，通过对磁电天线并联不同电感l＝2nh、l＝3nh、l＝4nh，分别得到磁电天线的s11参数曲线。将并联不同电感l＝2nh、l＝3nh、l＝4nh得到磁电天线的s11参数曲线绘制在同一图内，如附图9所示，可得到并联电感对提高天线带宽的效果不明显；
[0079]
(4d)参考附图10，通过对磁电天线串联不同电容c＝3pf、l＝5pf、l＝7pf，分别得到磁电天线的s11参数曲线，将串联不同电感c＝3pf、l＝5pf、l＝7pf得到磁电天线的s11参数曲线绘制在同一图内，如附图11所示，可得到串联不同电容对提高天线带宽的效果不明显；
[0080]
(4e)参考附图12，通过对磁电天线并联不同电容c＝2pf、l＝3pf、l＝4pf，分别得到磁电天线的s11参数曲线，将并联不同电容c＝2pf、l＝3pf、l＝4pf得到磁电天线的s11曲线绘制在同一图内，如附图13所示，可得到串联不同电容对提高天线的带宽的效果不明显。
[0081]
(4f)由(4a)-(4e)的结果得，对磁电天线串联不同的电感能够有效提高天线带宽。
