遗传算法在微带天线宽带多频化设计中的应用

论文摘要

移动通信技术的迅猛发展，推动着移动终端设备向小型化、多功能化方向演进。原有的窄带天线已经无法满足现代通信技术对设备小型化与多频工作的要求。微带天线凭借其体积小、重量轻、外形多样、易于集成等优点在受到移动通信领域的广泛关注，其研究方向也朝着小型化、宽频带、多频化的目标发展。本文旨在对微带天线宽带多频化技术进行研究，并对相应的微带天线进行优化探索。本文详细阐述了微带天线的基本理论和分析方法，总结了微带天线展宽带宽和实现多频工作的常用技术，介绍了遗传算法的特点和基本操作方法。鉴于遗传算法和HFSS软件各自的优点，本文设计了基于MATLAB平台的遗传算法和HFSS仿真软件相结合的优化程序。在优化程序的基础上，完成了微带天线宽带化和多频化的优化设计与仿真分析。优化程序以S参量作为适应度函数的变量，对微带天线的结构进行优化设计。运用此方法，本文从宽带化和多频化方面设计了三款新型微带天线，并对影响天线性能的重要参数进行了仿真分析。第一款天线采用共面波导进行馈电，以正六边形作为辐射贴片，实现了3GHz～12GHz的超宽频带工作。另外二款天线分别实现了WLAN/WiMAX无线通信系统的双频和三频工作。双频天线的辐射贴片为不规则的E型面，且在高低频段实现了宽带化（相对带宽分别为24%和46%）。在第一款天线的基础上，加载双U型槽，产生两个阻带，实现了天线的三频工作。为了验证优化和仿真分析结果，本文将天线加工成实物，并用矢量网络分析仪进行了测试。实测结果与仿真结果基本吻合，这也从另一方面验证了优化程序的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 微带天线的发展及研究现状
• 1.3 遗传算法在天线设计中的应用现状
• 1.4 论文研究内容及结构安排
• 第2章 微带天线的基本理论和分析方法
• 2.1 微带天线的结构及辐射机理
• 2.2 微带天线的馈电方法
• 2.2.1 同轴线馈电
• 2.2.2 微带线馈电
• 2.2.3 电磁耦合馈电
• 2.2.4 共面波导馈电
• 2.3 微带天线的分析方法
• 2.3.1 传输线模型法
• 2.3.2 空腔模型法
• 2.3.3 多端口模型法
• 2.3.4 全波分析法
• 2.4 微带天线的基本电参数
• 2.4.1 微带天线的电路参数
• 2.4.2 微带天线的辐射参数
• 2.5 小结
• 第3章 微带天线小型化、宽频带及多频化技术
• 3.1 微带天线的小型化技术
• 3.1.1 采用高介电常数的基板
• 3.1.2 曲流技术
• 3.1.3 无源加载技术
• 3.1.4 有源加载技术
• 3.1.5 采用 PIL/PIF 结构
• 3.2 微带天线的宽频带技术
• 3.2.1 选择合适的基板
• 3.2.2 多调谐回路技术
• 3.2.3 在贴片或地板开槽/窗法
• 3.3 微带天线的多频化技术
• 3.3.1 单片多模法
• 3.3.2 单片加载法
• 3.3.3 多片法
• 3.4 本章小结
• 第4章 遗传算法结合 HFSS 软件优化方法
• 4.1 遗传算法概述
• 4.1.1 遗传算法及其优越性
• 4.1.2 遗传算法的运算流程
• 4.1.3 基本遗传算法的操作步骤
• 4.2 高频仿真软件 HFSS 及其宏操作
• 4.3 优化方法的实现过程
• 4.4 天线设计实例
• 4.5 本章小结
• 第5章 遗传算法在微带天线优化设计中的应用
• 5.1 超宽带单极子天线的设计与分析
• 5.1.1 引言
• 5.1.2 天线的设计过程
• 5.1.3 天线制作与结果分析
• 5.1.4 参数分析
• 5.2 应用于 WLAN/WiMAX 的双频天线的设计与分析
• 5.2.1 引言
• 5.2.2 天线的设计过程
• 5.2.3 天线制作与结果分析
• 5.2.4 参数分析
• 5.3 双 U 型槽加载的三频天线的设计与分析
• 5.3.1 引言
• 5.3.2 天线的设计过程
• 5.3.3 天线制作与结果分析
• 5.3.4 参数分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 详细摘要