基于HFSS和遗传算法设计超宽带陷波天线

摘要

随着移动通信技术的迅猛发展,现代通信对信息存储量、数据传输速率和保密性的要求越来越高,符合其要求的超宽带通信得到了广泛的应用。超宽带通信的应用对天线设计提出了更高的要求,即天线要具有3.1~10.6GHz的带宽,同时为了避免窄带系统和超宽带间的干扰,需要设计出具有陷波性能的超宽带天线。
　　随着天线性能要求越来越高,它的结构变得更加复杂,传统的天线设计时极大依赖设计者的经验和理论,周期长,效率低下,优化时存在较大的盲目性,已无法满足超宽带天线设计的要求。本文结合HFSS和遗传算法的各自的特点,设计了一种基于HFSS和遗传算法设计优化超宽带陷波天线的方法,使天线能够实现自动优化设计。
　　在编写优化程序的基础上,完成了三种超宽带陷波天线的优化设计与仿真分析。第一种为采用网格划分的矩形超宽带陷波天线,利用遗传算法优化矩形天线贴片,判断划分出的小矩形的去留,使经优化后的天线在3.1~11GHz的带宽内反射系数都小于-10dB,并在5.25~5.8GHz出现阻带,实现与WLAN协同通信;第二种采用“U”形寄生单元的康托集分形超宽带陷波天线,该天线结构采用康托集进行设计,使阻抗带宽达到2.95~11GHz,并利用遗传算法对“U”形寄生单元进行优化,避免超宽带对WLAN和X波段的干扰;第三种为开槽的圆形超宽带陷波天线,该天线阻抗带宽覆盖了超宽带整个频段,使用遗传算法程序对所开的槽的位置和尺寸进行优化,使天线具有不同的阻带,分别能与WLAN,WiMAX和X波段协同通信,验证了基于HFSS和遗传算法的优化设计天线方案的有效性和可行性。

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第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 超宽带通信的特点

1.3 超宽带天线的技术要求

1.4 超宽带天线实现陷波的方法

1.5 论文工作内容和结构安排

第2章 高频电磁仿真软件HFSS的介绍

2.1 有限元法的介绍

2.2 HFSS的介绍

2.3 本章小结

第3章 遗传算法的研究

3.1 遗传算法的实现过程

3.2 遗传算法的优点

3.3 本章小结

第4章 基于HFSS和遗传算法的天线优化方案

4.1 传统天线设计方法的缺点

4.2 自动天线优化方案的设计

4.3 基于HFSS和遗传算法的天线优化方案的优点

4.4 本章小结

第5章 超宽带陷波天线的设计

5.1 采用网格划分的矩形超宽带陷波天线

5.2 采用寄生单元的康托集分形超宽带陷波天线

5.3 采用圆形开槽的超宽带陷波天线

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢