采用遺傳算法優(yōu)化的微帶天線設計.pdf

1、隨著無線通信技術的快速發(fā)展,對便攜式、多系統(tǒng)移動通信設備中寬頻帶、小型化天線的需求也不斷增加。微帶天線以其低剖面、輕重量、低成本、易與電路或陣列集成等優(yōu)點得到了廣泛的應用。但是,工作頻帶較窄限制了微帶天線的發(fā)展。
　　 本文介紹了常用的增加微帶天線帶寬的方法,但微帶天線的小型化和寬頻帶存在著此消彼長的矛盾。為了解決這個問題,現(xiàn)在天線已經從最初簡單的偶極子天線變化出了多種形狀、各種結構的復雜形態(tài),這也意味著天線設計必需要權衡多個參

2、數。
　　 遺傳算法(GA)憑借其簡單、不依賴于初始條件等卓越的優(yōu)化性能成為優(yōu)化天線設計的理想選擇。本文論述了結合遺傳算法和高頻仿真軟件HFSS各自優(yōu)點編寫的優(yōu)化程序,可以實現(xiàn)微帶天線多個結構參數的聯(lián)合優(yōu)化。該優(yōu)化方法建立在MATLAB平臺上,通過調用HFSS仿真得到天線的S11參數,遺傳算法以S11為基準對天線結構尺寸進行優(yōu)化。
　　 本文提出了一種遺傳算法結合HFSS優(yōu)化天線貼片“開窗”的新策略。傳統(tǒng)的遺傳算法優(yōu)化天

3、線貼片“開窗”的方法是:將貼片用網格劃分,每個子貼片與遺傳算法中二進制編碼串的一位對應；編碼串中“1”代表子貼片保留,“0”代表子貼片去除。通過優(yōu)化可以得到不規(guī)則形狀的貼片。但這種方法存在兩大弊端:第一,當保留的子貼片僅在頂點處相接時,優(yōu)化難以收斂；其次,優(yōu)化出的縫隙形狀不夠多樣化。本文提出的優(yōu)化策略無需對貼片進行網格劃分,而是規(guī)定一個“模子”,遺傳算法優(yōu)化“模子”的切割位置,即每個個體信息的二進制編碼串包含了每次“模子”切割的坐標(x

4、,y),每次切割后程序調用HFSS對天線進行建模仿真,用對應的S11參數計算適應度函數,進而完成遺傳算法的優(yōu)化,經過多次切割優(yōu)化就能得到符合要求的“開窗”方案。這種策略能克服上述兩個缺陷,本文用一個帶寬提高50％的天線“開窗”優(yōu)化實例驗證了這種優(yōu)化方法的有效性。
　　 最后,本文利用GA／HFSS優(yōu)化程序輔助設計了一款微帶單極天線和一款平面倒F天線(PIFA),他們都符合寬頻帶、小型化的設計目標。這款微帶單極天線采用柵形結構的貼

5、片、矩形接地板和帶有凹槽的介質層,體積只有60×25×3.2mm3,S11≤-10dB帶寬為1.67～3.68GHz,覆蓋了DCS1800,PCS1900,WCDMA,UMTS以及WiBro／WLAN等主流通信系統(tǒng)的工作頻帶。此外,在整個頻帶內具有較穩(wěn)定的輻射特性。另一款平面倒F天線采用了鐵氧體和空氣結合的介質層以及T形接地板,天線的輻射結構尺寸僅為29×5×1mm3,S11≤-10dB帶寬為620～820MHz。對這款天線進行實物加工