無線通信天線設(shè)計(jì)及四維陣列天線優(yōu)化綜合.pdf

1、隨著科技的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)已經(jīng)深入人們生活的方方面面。作為通信系統(tǒng)中不可缺少的主要組成部分，天線正面臨越來越多的挑戰(zhàn)，如天線的小型化、寬帶化以及特殊極化特性等。近年來，互補(bǔ)型天線和電磁偶極子天線因其結(jié)構(gòu)簡單、工作頻帶較寬、易于實(shí)現(xiàn)圓極化等優(yōu)點(diǎn)得到了深入研究和廣泛應(yīng)用。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)更低的方向圖副瓣、更高的天線增益，陣列天線特別是相控陣天線成為學(xué)者們近期研究的熱點(diǎn)。但相控陣對幅度和相位控制器件要求較高，如誤差容忍度較低，加工精度

2、要求較高等，限制了其應(yīng)用范圍。四維陣列天線通過在傳統(tǒng)陣列天線中引入時(shí)間維度，對陣列發(fā)射和接收的信號進(jìn)行時(shí)間調(diào)制，從而降低了相控陣天線對于幅度和相位控制器件的要求。本文主要對互補(bǔ)型天線設(shè)計(jì)、寬帶圓極化電磁偶極子天線設(shè)計(jì)和四維陣列天線優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的研究。論文的主要研究成果可以歸納為:
　　1.互補(bǔ)型寬帶及雙頻天線設(shè)計(jì)。首先，針對傳統(tǒng)八木天線帶寬較窄和體積較大的問題，基于細(xì)偶極子天線和環(huán)形天線組成的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，提出了一種新型引向器陣

3、列。與傳統(tǒng)電偶極子引向器相比，該引向器陣列體積較小且工作頻帶更寬。將引向器陣列設(shè)置在環(huán)槽天線輻射前方，在較寬的頻帶內(nèi)該引向器陣列也能有效地提高天線的定向性。其次，基于自互補(bǔ)的印刷結(jié)構(gòu)，通過在天線地板刻蝕槽線改變表面電流，設(shè)計(jì)了一種小型化雙頻圓極化天線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩種互補(bǔ)型天線性能良好，可以滿足現(xiàn)代通信中的多種需求，如LTE、DCS、WLAN等。
　　2.寬帶圓極化電磁偶極子天線設(shè)計(jì)。由于圓極化天線具有衰減小、抗干擾能力強(qiáng)、傳播穿

4、透能力強(qiáng)等特性，因而其在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中被廣泛使用。本文基于寬帶電磁偶極子天線設(shè)計(jì)了兩種寬帶圓極化天線。首先，設(shè)計(jì)了一種基于缺陷地板技術(shù)的寬帶移相器，并將該移相器與兩個(gè)正交放置的電磁偶極子天線相結(jié)合，組成了寬帶圓極化電磁偶極子天線。然后，為了降低天線的設(shè)計(jì)復(fù)雜度、節(jié)省天線安裝空間，利用耦合饋電和寄生貼片技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種單饋點(diǎn)寬帶圓極化電磁偶極子天線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩種天線與傳統(tǒng)天線相比，在軸比帶寬和天線增益方面性能更佳。
　　3.基于

5、新型差分進(jìn)化算法的四維陣列天線優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，提出了一種根據(jù)種群的多樣性自適應(yīng)選擇算法的控制參數(shù)CR和變異策略的新型單目標(biāo)差分進(jìn)化算法，并將簡化的三點(diǎn)二次插值算子融入其中。通過標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)測試驗(yàn)證，該算法在收斂速度和求解精度方面均優(yōu)于傳統(tǒng)算法。其次，采用該算法分別優(yōu)化了四維直線陣列和四維同心圓環(huán)陣列。數(shù)值實(shí)驗(yàn)表明，優(yōu)化后的四維陣列中心頻帶副瓣電平和第一邊帶最大電平更低，并且該算法可以更快更好地優(yōu)化四維陣列天線的性能。
　　4.基于多目