(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221084812 2.0 (22)申请日 2022.07.19 (71)申请人 安徽大学 地址 230601 安徽省合肥市经济技 术开发 区九龙路1 11号 (72)发明人 程光尚　楚佰通　黄志祥　杨利霞　 (74)专利代理 机构 合肥国和专利代理事务所 (普通合伙) 34131 专利代理师 张祥骞 (51)Int.Cl. H01Q 13/10(2006.01) H01Q 3/01(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 基于特征模理论的高增益天线设计方法 (57)摘要 本发明涉及一种特征模理论的高增益天线 设计方法， 包括： 对普通微带天线进行特征模式 分析， 得出高次模式的模式电流分布； 去除高次 模式中的反向电流； 进行再一次的特征模式分 析， 找到高次模式， 并根据高次模式电流的分布 设置馈电端口， 记录下馈电端口的激励情况； 根 据馈电端口的信息， 设计一个能替代该馈电端口 的功分器； 同时根据电流的分布特点， 进一步修 改普通微带天线的结构进行仿真优化。 本发明使 用特征模理论计算辐射体的高次模式， 并根据高 次模式电流的分布进行开槽， 去除反向电流对增 益的影响； 使用特征模理论指导天线的馈电设 计， 减小整体天线设计的工作量和难度； 本发明 所设计的结构 简单， 增益较高， 并具有高方向性。 权利要求书2页 说明书5页 附图8页 CN 115275621 A 2022.11.01 CN 115275621 A 1.一种特 征模理论的高增益天线设计方法， 其特 征在于： 该 方法包括下列顺序的步骤： (1)对普通微带天线进行特征模式分析， 得出高次模式的模式电流分布； 所述普通微带 天线由矩形辐 射贴片、 第一介质板和金属 地组成， 矩形辐 射贴片和金属 地分别印刷在第一 介质板的两侧板面上； (2)去除高次模式 中的反向电流； (3)对去除反向电流的普通微带天线进行再一次的特征模式分析， 找到高次模式， 并根 据高次模式电流的分布设置 馈电端口， 记录下馈电端口 的激励情况； (4)根据馈电端口的信息， 设计一个能替代该馈电端口的功分器； 同时根据电流的分布 特点， 进一 步修改普通 微带天线的结构进行仿真优化。 2.根据权利要求1所述的特征模理论的高增益天线设计方法， 其特征在于： 所述步骤 (1)具体包括以下步骤： (1a)在FEKO软件中建立普通微带天线模型， 设置求解频率以及求解模式数， 进行特征 模式分析； (1b)在FEKO软件中对普通微带天线模型进行网格剖分， 依据网格剖分结果对下列公式 进行求解： XJn＝ λnRJn    (1) 其中， X和R分别是阻抗矩阵的虚部和实部； 特征值λn表示为储能与辐射的比值， 当λn＝0 时， 表示辐射体没有储能， 全部能量被辐射出去， 特征值λn越接近于0， 表示此时的辐射体辐 射能力越强； Jn是第n个模式的电流， 同时辐射体表面总电流J表现为： J＝∑nαnJn    (2) 其中， αn为模式权 重系数， 表示第n模式在总电流中的贡献度； αn表示为： 其中， Ei表示特征电场； 在计算公式(1)的同时， FEKO软件依据下列公式计算第n个模式的MS值： MS的值为[0,1]， 当MS的值为1时， 代表第n个模式的辐射能力最强， 定义MS 大于0.707的 频段为辐射频 段； (1c)获取普通微带天线的MS值， 并绘制MS关于频率的分布图； 通过MS曲线观察模式电 流， 找出普通 微带天线的高次模式。 3.根据权利要求1所述的特征模理论的高增益天线设计方法， 其特征在于： 所述步骤 (2)具体是指： 观 察高次模式中反向电流所 处的位置， 在矩形辐射贴片上根据反向电流的位 置开槽， 挖去反向电流所处的位置处的矩形辐射贴片。 4.根据权利要求1所述的特征模理论的高增益天线设计方法， 其特征在于： 所述步骤 (3)具体包括以下步骤： (3a)对去除反向电流的普通微带天线再一次进行特征模分析， 绘制MS曲线关于频率的 变化图， 通过模式电流找到去除反向电流的高次模式， 并记录下该高次模式MS等于1的频率权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115275621 A 2值； (3b)观察MS等于1的高次模式电流图， 在电流最大的位置处加入两个对称的同轴探针， 即第一同轴探针和第二 同轴探针， 得到馈电端口； 观察两个同轴探针分别激励时αn的幅度 和相位， 记录下 此时的相位差； αn为模式权 重系数， 表示第n模式在总电流中的贡献度。 5.根据权利要求1所述的特征模理论的高增益天线设计方法， 其特征在于： 所述步骤 (4)具体包括以下步骤： (4a)设计一个一分二并且具有相位差的功分器作为馈电端口的输入， 所述功分器印刷 在第二介质板的一侧板面上， 第二介质板的另一侧板面上印刷金属 地， 金属地印刷在第一 介质板和第二介质板之间， 第一介质板的另一侧板面上印刷矩形辐 射贴片， 功分器的两端 分别连接第一金属圆柱和 第二金属圆柱， 第一金属圆柱和 第二金属圆柱依次穿过第二介质 板、 金属地、 第一介质板与矩形辐射贴片连接； (4b)将去除反向电流的普通微带天线的矩形辐射贴片的窄边进行弯折， 随后进行仿真 优化。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115275621 A 3