改善电小天线效率的方法技术

一种改善电小天线(1)的效率的方法，所述方法包括以下步骤：‑选择(100)天线；‑对所述选择的天线（1)进行馈电；‑在给定传输频率下对所述选择的天线(1)中的储能进行量化(110)；‑根据所述量化的储能确定所述天线(1)的性质，所述确定包括将所述储能的量与能量阈值进行比较(120)，如果所述量化的储能在能量阈值以下，则所述天线(1)是电性性质(130)的，否则所述天线(1)是磁性性质(135)的；以及‑选择超材料包体(2)，所述超材料包体(2)用于与所述选择的天线(1)相关联以改善所述选择的天线(1)的效率，所述选择是根据所述选择的天线(1)的性质从包体的列表中进行的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改善电小天线效率的方法
技术介绍
本专利技术涉及电小天线，并且更特别地涉及改善电小天线的效率的方法。根据H.A.惠勒的关系，天线被称为“电小”是指天线的最大维度小于λ/π，其中λ是天线的工作波长，也即天线的体积小于半径为λ/2π的球体，其也称为“弧度球体”。此定义相当于：如果天线满足条件ka＜1，其中k是波数2π/λ，a是包围该天线的最小球体(也称为“Chu的球体”)的半径，则该天线称为“电小”。“弧度球体”对应于在天线中存储电磁能的近场与传播电磁能的远场之间的过渡距离。天线尺寸相对于电波长的减小限制了天线的无线电性能。电小天线(ESA)的性能由电小天线的电尺寸ka、Q因子(或带宽)和辐射效率η表征，其中辐射效率定义为辐射功率除以天线接受的功率所得比值。天线中的损耗通过一系列损耗电阻Rloss来建模。Rrad是辐射电阻，RA是总输入电阻，也即Rrad+Rloss，则辐射效率η可以写成如下：对于小天线尺寸，效率变得更小的原因不在于传导损耗或介电损耗，而在于存储在天线周围的能量所导致的低辐射电阻。依赖于智能无线的新兴电信系统变得越来越广泛，并且预计未来几年将大量部署这种类型的系统。这些系统的正常运转，除其他之外，依赖于频谱探测单元。在给定应用约束下很难设计用于这种频谱探测系统的接收天线。具体地，这种电小天线必须在相对低(600兆赫兹(MHz)到700MHz的量级)的频率上工作，同时保持合理的维度和性能。不幸的是，天线小型化必然涉及性能方面的妥协，特别是在带宽和效率方面。存在各种各样的电小天线，所述电小天线展现出的特点使所述电小天线的效率能够得以改善。特别地，文档US2009/0140946公开了一种配备有包体的电小天线，所述包体是在近场中谐振LC型的，即电型和磁型两者的，因为包体结合了感应和电容。这种包体被称为“超材料激发”，并且所述包体被应用于小型的电和磁三维天线。尽管如此，该文档限于诸如偶极子和环之类的个体天线，并且这些个体天线的最终带宽非常小。
技术实现思路
本专利技术通过提出一种方法来寻求解决此特定问题，该方法用于通过超材料包体的列表来改善任意电小天线的效率。本专利技术首先提供了一种改善电小天线的效率的方法，该方法包括下列步骤：-选择天线；-对所述选择的天线进行馈电；-在给定传输频率下对所述选择的天线中的储能进行量化；-根据所述量化的储能确定所述天线的性质，所述确定包括将所述储能的量与能量阈值进行比较，如果所述量化的储能在能量阈值以下，则所述天线是电性性质的，否则所述天线是磁性性质的；以及-选择超材料包体，所述超材料包体用于与所述选择的天线相关联以改善所述选择的天线的效率，所述选择是根据所述选择的天线的性质从包体的列表中进行的。本专利技术由此使得可以选择特定的超材料包体并将所述超材料包体与给定天线相关联，以改善天线的辐射效率并因此改善天线的整体效率。更具体地，将储能的量与零能量阈值进行比较。所述比较因此对应于确定储能的量值的符号。可以使用各种方法来计算天线中的储能，诸如例如在2006年出版的IEEE期刊上由Collardey等人发表的文章“CalculationofsmallantennasqualityfactorusingFDTDmethod”中描述的方法。与已知的改进天线不同，本专利技术的方法使得可以考虑在电信设备内使用复杂天线。作为示例，将天线集成到电话结构内需要所使用的天线具有特别不规则的几何形状。本专利技术的方法所提议的分析和综合可以应用于包括电小天线和非规范的任意超材料包体(即，特别是大小和性质可以任意的包体)的对。该方法总是依据天线和超材料激发包体的对来给出结论，其中超材料激发包体用于与天线关联以便改善辐射效率。本方法使得可以相比于已有天线而改善天线性能，尤其在如下方面：-辐射效率；-带宽(通带)；-物理维度；以及-整个频带上方向图的稳定性。在改善电小天线效率的方法的第一方面，量化所选择的天线中的储能包括将天线分解成多个表面电流模式以及仅估计主模式中的储能。该方法具体在于基于特征模式理论进行分析，以针对存在的每一种电流模式，评估不具有包体的天线中的储能。为了量化天线中的储能的量级，识别主模式，被外部馈电所激励的天线的主模式对应于与最大的模式权重相关联的模式，继而计算主模式的特征值与所关联的权重的平方的乘积。该方法首先包括定义适合于分析电小天线和多个包体的度量。其次，提议了一些准则以确保这两种结构的关联引起电小天线在辐射效率方面的性能改善在改善电小天线效率的方法的一个变体中，量化所选择的天线中的储能包括将天线分解成多个频率激励模式以及根据各种模式中的储能之和来估计储能。通常对于电小天线而言，辐射归因于主模式。然而，对于更复杂的多模天线，有必要考虑每个模式的储能之和。在改善电小天线效率的方法的第二方面，包体的列表是根据超材料包体预先形成的，其中依据包体的性质将超材料包体分类成包括电性包体的第一类别或者包括磁性包体的第二类别。在改善电小天线效率的方法的第三方面，还根据包体的几何形状将包体列在第一类别和第二类别的每一个中，并且选择包体的步骤还包括定义天线的几何形状，所述选择是根据所选择的天线的几何形状进行的。将包体的几何形状分类到每个类别中用于尽可能减小从中选择用于改善所选天线的包体的包体数量。在改善电小天线效率的方法的第四方面，包体的性质通过计算包体的特征值而预先确定，如果包体的特征值是正的，则所述包体表现磁性性质，如果包体的特征值是负的，则所述包体表现电性性质。包体的特征值可以根据天线的传输频率来计算。在改善电小天线效率的方法的第五方面，从包体的列表选择超材料包体包括定义天线的几何形状，并且所述选择还是根据天线的几何形状进行。本专利技术还提出了一种计算机系统，具有配置用于实现上述方法的装置。而且，本专利技术还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品可被直接加载到计算机系统的存储器中，所述产品具有软件代码部分，所述软件代码部分用于在所述计算机系统上执行所述程序时执行上述方法。本专利技术还提出了一种可由计算机系统读取的介质，所述介质具有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令适合于使计算机系统执行上述方法。附图说明通过阅读下面通过非限制性指示以及参考附图给出的描述，可以更好地理解本专利技术，附图中：-图1是在本专利技术的实施方式中改善电小天线效率的方法的流程图：-图2示出了不具有包体的平面天线的示例；-图3A和图3B分别是配置以与图2的天线协作的超材料包体的正视图和透视图；-图4示出了通过增加超材料包体得以改进的平面天线的示例；-图5A到图5F示出了超材料包体的几何形状的其他示例。具体实施方式图1是示出在本专利技术的实现方式中改善电小天线效率的方法的流程图。在该方法的第一步骤100中，选择待改善的电小天线。作为示例，电小天线可以是平面天线，如图2中示出的天线。在图2中，平面天线1包括用于在电激励下传输波的椭圆形状的辐射部分2，以及用于向辐射部分2传送电激励电流的馈送系统3，该电流特别地经由馈送通道4进行传送，馈送通道4耦接到辐射部分2的一端呈馈送三叉部5，所述馈送三叉部5在三个不同的点处耦接到辐射部分2。辐射部分2的椭圆形状用于为量化能量时的阻抗匹配提供额外的自由度。馈送三叉部5用于在三个等距点处激励天线1的辐射部分2，从而增加被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善电小天线(1)的效率的方法，所述方法包括以下步骤：‑选择(100)天线；‑对所述选择的天线(1)进行馈电；‑在给定传输频率下对所述选择的天线(1)中的储能进行量化(110)；‑根据所述量化的储能确定所述天线(1)的性质，所述确定包括将所述储能的量与能量阈值进行比较(120)，如果所述量化的储能在能量阈值以下，则所述天线(1)是电性性质(130)的，否则所述天线(1)是磁性性质(135)的；以及‑选择超材料包体(2)，所述超材料包体(2)用于与所述选择的天线(1)相关联以改善所述选择的天线(1)的效率，所述选择是根据所述选择的天线(1)的性质从包体的列表中进行的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.20 FR 16556901.一种改善电小天线(1)的效率的方法，所述方法包括以下步骤：-选择(100)天线；-对所述选择的天线(1)进行馈电；-在给定传输频率下对所述选择的天线(1)中的储能进行量化(110)；-根据所述量化的储能确定所述天线(1)的性质，所述确定包括将所述储能的量与能量阈值进行比较(120)，如果所述量化的储能在能量阈值以下，则所述天线(1)是电性性质(130)的，否则所述天线(1)是磁性性质(135)的；以及-选择超材料包体(2)，所述超材料包体(2)用于与所述选择的天线(1)相关联以改善所述选择的天线(1)的效率，所述选择是根据所述选择的天线(1)的性质从包体的列表中进行的。2.根据权利要求1所述的方法，其中量化所述选择的天线(1)中的储能包括将天线(1)分解成多个表面电流模式以及仅估计主模式中的储能。3.根据权利要求1所述的方法，其中量化所述选择的天线(1)中的储能包括将天线(1)分解成多个频率激励模式以及根据各种模式中的储能之和来估计所述储能。4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的方法，其中所述包体(2)的列表是根据超材料包体预先形成的，其中依...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂维塔·西塔拉姆多，穆罕默德哈赛宁·拉巴赫，侯赛因·索尔，马里昂·巴比诺，
申请(专利权)人：法国运输，管理和网络科学与技术大学，
类型：发明
国别省市：法国,FR