低剖面定向圓極化天線的優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、天線是衛(wèi)星通信、廣播、導航雷達、遙感遙測等各種民用和軍用無線電系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。其中，圓極化天線由于能有效的對抗極化衰落，從而提升復雜通信環(huán)境下的信道穩(wěn)定性和信道利用率，因而，其應用范圍越來越廣泛。隨著越來越高的無線傳輸速率需求，人們對于圓極化天線性能的要求也在逐步提高。例如寬頻帶、高增益、低軸比等，同時天線的設(shè)計還需綜合考慮方向圖穩(wěn)定性，天線結(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設(shè)計帶來了很大的挑戰(zhàn)。另一方

2、面，傳統(tǒng)的天線設(shè)計性能在一定程度上仍主要取決于設(shè)計者的相關(guān)知識背景與工程經(jīng)驗，但隨著天線結(jié)構(gòu)的復雜化，依靠經(jīng)驗的手工調(diào)試方法顯得繁瑣且效率低下。如何結(jié)合先進的計算機處理能力從而能快速而又準確地獲得所需的天線結(jié)構(gòu)參數(shù)是一個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的優(yōu)化設(shè)計方法及建模展開分析和研究。論文首先介紹了課題的研究背景和意義，對目前的圓極化天線、低剖面天線以及天線的優(yōu)化方法的研究做了簡單的分析總結(jié)；介紹了圓

3、極化天線的基本理論，圓極化天線的重要參數(shù)指標，及常見的圓極化微帶天線和等角螺旋天線。同時還介紹了本文優(yōu)化天線所用到的PSO算法的基本知識以及應用該算法優(yōu)化天線的基本方法。
　　其次，在對基本理論分析的基礎(chǔ)上設(shè)計了兩種優(yōu)化模型，據(jù)此而設(shè)計的微帶貼片天線驗證了模型的有效性。第一種優(yōu)化模型是將PSO算法程序通過宏語言導入商業(yè)仿真軟件CST Microwave Studio(CST MWS)中，并通過宏語言編寫目標函數(shù)，實現(xiàn)天線的自動化設(shè)

4、計。天線單元結(jié)構(gòu)包括輻射貼片和寄生貼片，其具體模型構(gòu)建是程序中通過相應的算法語言實現(xiàn)控制的，因而有利于計算機的獨立建模。為了進一步降低算法的局限性并拓展該優(yōu)化方法的應用范圍，在第一種優(yōu)化模型基礎(chǔ)上進行了改進，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，更進一步改進了輻射貼片的建模方法，從而增加了天線優(yōu)化的自由度。另外，天線整體采用了CST自帶的PSO優(yōu)化算法，有利于提高優(yōu)化的效率。
　　然后，應用所分析設(shè)

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