基于可控超材料的自适应近场隔离新方法

摘要

天线之间的隔离度在许多无线通讯系统中都有要求。在诸如多天线的MIMO系统、同频双工等等众多实际工程中，天线的隔离度直接决定了工作设备的性能。而这些天线往往处于彼此的近场，而近场隔离相对于远场有更高的难度。现有的提高隔离度的方法普遍只能达到30到50 dB左右的隔离度，并且均是静态方法。这在实际应用中往往无法满足越来越高的性能和功能要求。
　　本文提出了一种基于可控超材料和人工智能算法的自适应近场隔离方法。首先给出了基本的数学模型，并证明该方法的合理性。为了检验理论的正确性，根据理论模型加工了相应的超材料和天线系统并在暗室中搭建了相应的实验环境、编写了基于遗传算法的人工智能的程序。利用该方法，对相距0.8倍波长的两个2.4GHz单极子天线实现了超过110 dB的隔离度。试验达到了预期的效果，直接证明了这种方法的可行性，并且达到了非常高的隔离度。在完成理论验证试验之后，又针对工程实际场景设计了双极化天线阵列隔离系统。利用该方法不但实现了单频点(2.41GHz)104.3 dB的隔离，并在4 MHz、8 MHz、22 MHz带宽约束条件下实现了95.2 dB、92.1 dB、76.0 dB的隔离度，实现了带宽可约束。为了验证其环境自适应能力，本文在隔离之后的系统近场主辐射区域放置了瓶装水。在硬件不变的情况下重新优化，该系统依然能够恢复到之前的隔离度水平。此外，这种方法对天线本来的辐射以及匹配影响都很小。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 天线的隔离度

1．2 研究意义

1．3 国内外研究现状及发展动态分析

1．4 本文的主要研究内容

第二章 数学模型

2．1 隔离器的设计

2．2 隔离器数学模型

2．3 遗传算法

第三章 原理性实验与实测结果

3．1 基于遗传算法的优化平台搭建

3．2 优化平台的数据接口实现

3．3 遗传算法的程序实现

3．4 单频点隔离优化

第四章 双极化天线阵列的隔离

4．1 天线阵的设计

4．2 隔离的初步优化

4．3 带宽约束优化

4．4 环境适应性

4．5 隔离屏对原阵列的影响

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

研究生期间科研成果

致谢