采用遗传算法优化的微带天线设计

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文’第V页5．3．1传统微带天线“开窗”优化方法及其缺陷⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯335．3．2一种新型贴片“开窗”优化策略⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．355．3．3新型贴片“开窗”优化策略的验证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．37第6章微带天线的设计与优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．396．1用于移动通信终端的微带天线设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯396．1．1概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。396．1．2微带单极天线的结构模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯396．1．3重要参数分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．406．1．4天线模型的优化及结果讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．436．2宽频带小型化倒F天线设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯456．2．1平面倒F天线的原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．456．2．2平面倒F天线的结构模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯476．2．3重要参数讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯486．2．4天线结构的优化及仿真结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯495

3、．2．5天线实物的测量及结果讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯50总结和展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．52参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．53致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯58攻读硕士学位期间发表的论文及成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．59西南交通大学硕士研究生学位论文第1页1．1课题研究背景与现状第1章绪论随着无线通信技术的迅速发展和市场需求的不断提高，各种小型化、多功能的无线移动终端设备应运而生，天线作为信号收发

4、设备，它的性能直接制约着通信系统的发展。微带天线以其低剖面、轻重量、易共形、易制作、低成本以及易与电路集成等优点被广泛用作便携式无线通信设备的内置天线。但工作频带较窄是传统微带天线的主要缺点，也制约了它的应用发展。各种无线通信系统分配的工作频段不同，例如：GSMl900(PCSl900)的工作频段为1．85一I．99GHz：UMTS的工作频段为1．9～2．2GHz；WiBro／WLAN的工作频段为2．牝．484GHz，为了满足通信设备能在多个系统工作的通用性，天线的工作频带应该覆盖这些频段并且占用尽可能小的空间。因此微带天线宽频带、小型化的技术研究面临着巨大的挑战【l】。目前各种

5、有助于微带天线增加带宽或缩小尺寸的新技术相互配合融入到微带天线及天线阵列的设计中，这使得微带天线的结构和馈电方式都有了不少变化。例如用蝶形、三角形、梯形、椭圆形、E形、U形等不规则形状金属贴片作为微带贴片天线的辐射元【孓4】，或者用其代替单极微带天线、偶极子天线的线形振臂【5。71，可以设计出宽频微带天线。加载缝隙、阻抗匹配网络、非线性元器件、寄生辐射元、短路片或短路针等都是展宽频带的常用方法[9-11]128-311。实现宽频天线还可以采取堆叠式的结构【12d41。文献[15】中，在多层微带天线各层贴片间加载短路片形成多层介质的三维弯折贴片天线配以双L形缝隙，可以达到99．4％

6、的带宽。从馈电结构着手增强带宽的研究也是举不胜举，出现了电磁耦合馈电【16-1711321、共面波导馈电[1s-201以及各种利用阻抗匹配网络与传统微带线馈电或同轴馈电结合的单端口、多端口馈电方式[21-26】。此外，阵列结构也可以实现宽频带、高增益等优良性能【33．361。加载缝隙结构可以增加天线表面电流的路径长度，在不额外增加元件的情况下实现天线的小型化127][37】m】。运用特殊材料作为天线的介质基片以及加载短路片、短路针等方法也都是常见的天线小型化技术手段【38】【州31。随着对天线高性能、小型化要求的提高，天线结构已从最初简单的偶极子天线幻化出了各种形状、不同结构的天

7、线形态，复杂的天线结构也使得影响天线性能的参数越来越多，这种情况下如果还采用传统的设计方法，凭借设计者经验性的直觉和基本的天线知识进行大量重复性的仿真试验与参数调整来进行天线设计，不仅过程繁琐而且很难找出最优的参数组合，这给天线优化设计增加了难度。遗传算法看似是一种盲目的搜索方法，但实质上利用了概率变迁规则来指导其搜索方向，遗传过程不依赖于初始条件和梯度信息，通过适应度判别个体优劣，使搜索过程不断向更优化的解区域移动。遗传算法在电磁学中的一个重要应用方向就是天线西南交通大学硕士研