低剖面定向圓極化天線(xiàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、天線(xiàn)是衛(wèi)星通信、廣播、導(dǎo)航雷達(dá)、遙感遙測(cè)等各種民用和軍用無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。其中，圓極化天線(xiàn)由于能有效的對(duì)抗極化衰落，從而提升復(fù)雜通信環(huán)境下的信道穩(wěn)定性和信道利用率，因而，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。隨著越來(lái)越高的無(wú)線(xiàn)傳輸速率需求，人們對(duì)于圓極化天線(xiàn)性能的要求也在逐步提高。例如寬頻帶、高增益、低軸比等，同時(shí)天線(xiàn)的設(shè)計(jì)還需綜合考慮方向圖穩(wěn)定性，天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的剖面高度等多方面的因素，這些都給新型的圓極化天線(xiàn)設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。另一方

2、面，傳統(tǒng)的天線(xiàn)設(shè)計(jì)性能在一定程度上仍主要取決于設(shè)計(jì)者的相關(guān)知識(shí)背景與工程經(jīng)驗(yàn)，但隨著天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，依靠經(jīng)驗(yàn)的手工調(diào)試方法顯得繁瑣且效率低下。如何結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)處理能力從而能快速而又準(zhǔn)確地獲得所需的天線(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)是一個(gè)極具研究意義的課題。
　　本文主要圍繞寬帶的低剖面圓極化天線(xiàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及建模展開(kāi)分析和研究。論文首先介紹了課題的研究背景和意義，對(duì)目前的圓極化天線(xiàn)、低剖面天線(xiàn)以及天線(xiàn)的優(yōu)化方法的研究做了簡(jiǎn)單的分析總結(jié)；介紹了圓

3、極化天線(xiàn)的基本理論，圓極化天線(xiàn)的重要參數(shù)指標(biāo)，及常見(jiàn)的圓極化微帶天線(xiàn)和等角螺旋天線(xiàn)。同時(shí)還介紹了本文優(yōu)化天線(xiàn)所用到的PSO算法的基本知識(shí)以及應(yīng)用該算法優(yōu)化天線(xiàn)的基本方法。
　　其次，在對(duì)基本理論分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了兩種優(yōu)化模型，據(jù)此而設(shè)計(jì)的微帶貼片天線(xiàn)驗(yàn)證了模型的有效性。第一種優(yōu)化模型是將PSO算法程序通過(guò)宏語(yǔ)言導(dǎo)入商業(yè)仿真軟件CST Microwave Studio(CST MWS)中，并通過(guò)宏語(yǔ)言編寫(xiě)目標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的自動(dòng)化設(shè)

4、計(jì)。天線(xiàn)單元結(jié)構(gòu)包括輻射貼片和寄生貼片，其具體模型構(gòu)建是程序中通過(guò)相應(yīng)的算法語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)控制的，因而有利于計(jì)算機(jī)的獨(dú)立建模。為了進(jìn)一步降低算法的局限性并拓展該優(yōu)化方法的應(yīng)用范圍，在第一種優(yōu)化模型基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，得到具有更好的通用性的第二種優(yōu)化模型，除了在寄生貼片采用離散化建模外，更進(jìn)一步改進(jìn)了輻射貼片的建模方法，從而增加了天線(xiàn)優(yōu)化的自由度。另外，天線(xiàn)整體采用了CST自帶的PSO優(yōu)化算法，有利于提高優(yōu)化的效率。
　　然后，應(yīng)用所分析設(shè)

5、計(jì)的優(yōu)化模型實(shí)際設(shè)計(jì)了兩種不同饋電方式的寬帶圓極化定向等角螺旋天線(xiàn)，包括漸開(kāi)同軸線(xiàn)饋電及微帶線(xiàn)轉(zhuǎn)平行雙線(xiàn)巴倫饋電。天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)采用傳統(tǒng)的帶背腔等角螺旋天線(xiàn)，在螺旋天線(xiàn)與背腔之間插入兩層由不同小塊貼片組成的寄生層。其中，兩層寄生層通過(guò)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)處理，加強(qiáng)了圓極化的場(chǎng)分布。利用已分析的優(yōu)化模型及優(yōu)化方法對(duì)所設(shè)計(jì)的螺旋天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及寄生的形狀參數(shù)等進(jìn)行建模及優(yōu)化，得到了兩款基于不同饋電方式的定向等角螺旋天線(xiàn)，仿真結(jié)果表明所優(yōu)化的天線(xiàn)具有寬頻帶的