基于卦型基元的高增益超材料微带天线拓扑优化

针对超材料微带天线在拓扑优化中存在基元结构复杂导致加工高精度要求等问题,本文提出了一种极简设计理念——卦型基元;并基于卦型基元完成了超材料微带天线的拓扑优化设计,在保证天线高增益性能的同时,超材料结构构型简洁从而具有良好的可制备性。超材料结构由固定的圆弧基元和变化的卦型基元组成,其中卦型基元中每条卦线对应一个设计变量,每个设计变量的取值规则为1 对应连续卦线、0 对应断口卦线。继而以天线增益最大化为目标函数、工作频率24 GHz 为约束建立超材料微带天线设计的拓扑优化模型;并基于遗传算法的求解策略分别研究了对称型和非对称型超材料微带天线算例。分析结果表明基于卦型基元的超材料微带天线增益均得以显著提高,且四重卦线基元结构具有更大的增益;超材料结构的对称性可以保证辐射方向为Z 轴主方向;样品制备效果验证了卦型基元超材料微带天线的良好制备性;对拓扑优化设计的深入分析发现,相比方格子基元,卦型基元设计更具有高效性。最后从天线的表面波角度阐释了其高增益性能的机理。     

任意处馈电的椭圆微带天线特性研究

本文从理论上将椭圆微带天线的经典文献（１）中馈源在椭圆边缘的情形推广为椭圆上任一点处的情形，推导出了一系列公式，这些公式通过实验验证是正确的。     

K波段高增益超材料微带天线的拓扑优化设计

超材料微带天线的设计通常依赖经验,其中超材料基元的设计多以尺寸优化和形状优化为主。研究了常规超材料对微带天线增益性能的影响,发现其对增益性能的提升效果有限。提出了一种基于遗传算法的高增益超材料微带天线拓扑优化设计方法,对超材料基元采用整体设计的方法,以天线增益最大化为设计目标,以覆铜贴片方格子的有无为设计变量,建立了K波段(24 GHz)超材料微带天线的拓扑优化模型。进而基于遗传算法的求解策略,获得了一种新颖的超材料微带天线构型。仿真结果表明优化后的超材料微带天线侧向辐射得以抑制,其最大增益提升到10.5 dB,与普通微带天线相比性能提升了35%。同时通过改变覆铜贴片格子的布置规模对优化设计结果的收敛性进行分析,分析结果显示创新构型超材料微带天线设计结果是收敛的,且10*10方格子规模下的创新构型制备性价比最高。最后研究了超材料基元单独设计与整体设计的天线工作频率匹配对比,对比结果证实了超材料基元采用整体设计对于超材料微带天线拓扑优化是非常必要的。     

基于田口优化方法的GPS 微带天线仿真设计

随着现代无线通信技术的发展,人们对天线设计的要求也越来越高。传统的设计方法已经不能满足当今天线设计的需要,使用微波EDA软件进行天线设计已经成为必然趋势。本文详细介绍了具有全局优化功能的田口方法,并提出了将HFSS电磁场仿真软件与田口方法相结合进行天线优化设计的思想。在Matlab环境下编写田口优化算法程序作为外部优化器,通过调用HFSS软件实现了GPS微带天线最优设计;既利用了仿真软件的计算优势,确保了天线求解的正确性,又利用优化算法的快速收敛特性,节省了计算时间,提高了设计效率。     

基于皱褶软地表面的微带天线的研究

研究了基于皱褶软地表面的微带天线。通过对普通微带天线和采用软地表面的微带天线的输入回波损耗、辐射方向图、带宽和增益等的比较，发现该结构的软表面可以增加天线的带宽，抑制天线的背瓣，并使H面的辐射方向图和E面趋于一致。     

基于遗传算法的微带天线优化

微带天线具有质量轻、体积小和易于制造等优点,已广泛应用于个人无线通信中。文中将遗传算法和HFSS-Matlab-API接口程序应用到微带天线优化中,设计了一套基于遗传算法和HFSS的天线优化方案。针对微带天线带宽窄的缺点,成功利用该方案优化出了一种宽带E形微带天线的尺寸以及馈电位置,带宽由一般微带天线约5%展宽到30%左右。     

空气隙对矩形微带天线性能的影响

论述了通过引入空气隙来改变矩形微带天线性能。首先,根据修改的微带天线的腔模理论,利用电磁场理论推导了具有空气隙的矩形微带天线的等效介电常数和谐振频率的理论计算公式。然后,考虑了边缘场的影响,引入了有效介电常数,对谐振频率的理论公式进行了修正。同时,应用等效原理和镜像原理推导出辐射方向图。最后,对于空气隙高度为不同数值的情况给出矩形微带天线的谐振频率和辐射方向图的数值结果,与文献实测结果很吻合。     

基于CC2430芯片的2.4GHz微带天线设计

针对无线模块中直立式天线体积大、功耗高问题,提出用微带天线替代传统直立式天线的方法,并讨论了微带天线的工作原理。介绍了中心频率为2.4 GHz微带天线的设计流程。根据需求确定微带天线的材料、形状、类型,用公式和软件计算出天线的尺寸等参数,再在Agilent公司的微波电路仿真软件ADS中建立天线模型并对其仿真,通过优化匹...     

基于遗传算法的微带天线阻抗匹配设计

根据传输线理论,结合遗传算法的全局搜索优势,提出智能阻抗匹配的微带天线设计方法.可自动匹配微带/带状线、同轴、共面波导、共面/异面双线等传输线馈电的天线单元,可显著减少宽带天线单元设计中的全波仿真计算量.利用该方法设计了带宽37％,驻波比不高于1.5的微带振子天线,仿真表明优化得到的S参数曲线与HFSS仿真结果基本吻合.本方法还可优化多端口激励的天线单元及相控阵的宽带宽角阻抗匹配.     

圆形阵列天线方向图的分布函数优化方法

以离散有限长复指数和的计算为基础,讨论了二雏阵列的方向图问题.通过引入分布函数的概念,可知离散有限长复指数和为其分布函数离散傅里叶变换在1点的值.基于此结论,分析了二维阵天线阵元分布于天线方向图之间的关系:二雏阵列任意方向的方向图为其在该方向分布函数的离散傅里叶变换,该分布函数可通过统计其投影在该方向的临近区域处阵元数目获得.然后,通过对混合圆形阵列天线方向图的分析,验证了该关系的正确性,并说明了上述关系在分析阵列方向图的应用.在此基础上,进一步分析了阵元权重系数对方向的影响,发现该方法与通过改变阵列天线阵元分布的方法等效.最后,提出了基于分布函数的圆形阵列方向图优化方法,并通过仿真实验验证了该方法的可行性.该方法可通过改变圆形阵列阵元沿径向的权重系数使得其对应的任意方向的方向图与期望的窗函数近似.     

采用近邻粒子群算法设计非规则曲面微带共形阵

采用近邻粒子群算法设计了一个安装于非规则曲面上的微带共形阵。通过测量安装于非规则曲面上的天线单元的方法，将载体对共形阵的影响计入天线设计中。采用近邻粒子群算法对单元进行了优化，根据优化结果制作了微带共形阵，给出了非规则微带共形阵的驻波曲线和远场方向图。实验结果表明，近邻粒子群算法能够有效地对复杂曲面上安装的共形阵进行设计。     

矩形微带天线的一种快速优化设计方法研究

针对矩形微带天线优化设计主要依赖经验和反复试验的现状,研究提出了一种矩形微带天线的快速优化设计方法。分析了传输线理论对矩形微带天线分析时的准确性,并将传输线理论成功地与改进的量子遗传算法(IQGA)相结合,应用于矩形微带天线的优化设计之中。利用该方法优化设计了一款矩形微带天线,通过将设计分析的结果与有限元软件HFSS计算结果比较,说明该算法的高效性及准确性。为方便该方法的应用,开发了一款矩形微带天线的快速优化设计软件包。     

球面共形微带天线的优化设计

针对球面共形微带天线带宽窄的缺陷,采用自适应差分进化算法结合矩量法成功实现对球面共形微带天线的优化设计。对自适应差分进化算法中的种群初始化、控制参数的选择等方面进行了详细的讨论。在搜索过程中,提出一种"先测向后定位"的搜索策略,首先采用粗优化方式找到控制天线性能基因的大致位置,然后在找到的位置进行细优化,进一步提高天线的性能。这种粗、细优化相结合的方式在保证优化效果的情况下,大大降低种群的数量,提高了优化效率。最后,分别优化出宽频带以及工作在双频点的球面共形微带天线,优化结果与仿真软件对比,验证了本文分析处理的正确性与有效性。     

C 波段定向共形微带天线的设计

本文研究设计了某C 波段共形微带天线。该天线在60mm*60mm 的有限尺寸范围内由4 个辐射单元构成 了一个2*2 的微带阵列天线。辐射单元采用开槽的形式,通过调整馈线插入深度,使馈线与贴片单元达到良好的阻 抗匹配。从仿真结果和实测结果可以看出,该天线电压驻波比在0 f ±20 MHz 的频率范围内均小于1.5,且实测方向 图与仿真方向图非常吻合,在0 f 处天线增益达到8.4dB,满足设计指标要求,性能优良,可以满足军事飞行器的使 用要求。     

矩形微带贴片天线的设计与仿真

根据微带天线的辐射原理,对天线参数确定进行了理论分析,设计了一种中心频率为447MHz的矩形微带贴片天线。利用HFSS软件对其进行了建模和仿真验证。仿真结果表明,天线的S参数、方向图和输入阻抗均达到了微带贴片天线的设计要求,基于HFSS软件的设计方法能够快速、高效地完成微带天线的设计,且设计的微带天线具有良好的性能指标。     

边射波束和锥状波束可重构的微带贴片天线

本文提出了一种边射波束和锥状波束可重构的新型微带贴片天线,该天线在锥状波束模式下具有圆度较好、锥角可设计的优点。首先,在贴片的中间引入一排短路孔,当短路孔两侧的探针反相馈电时,贴片上两侧电流同向,辐射边射波束;而当两个探针同相馈电时,贴片上两侧电流反向,辐射锥状波束。接着,对短路排孔与贴片边缘之间的间距进行了优化设计,调整电流分布,从而改善锥状波束在方位面上的圆度。最后,在贴片的对角线上额外引入了四个短路孔,通过控制其位置和大小来调节固定频率下贴片的尺寸,从而设计出不同锥角的锥状波束。通过全波仿真,设计了三个边射波束和锥状波束可切换的贴片,锥状波束的锥角分别为55°、50°和45°,均具有较好的圆度。