基于微分进化策略的天线优化设计

摘要

本文开发了基于微分进化策略和有限积分法数值软件包的优化程序，并将此优化程序作为基本的设计工具，设计了电磁耦合型宽带微带天线、圆极化短螺旋天线及宽带高功率双脊喇叭天线。 首先，本文研究了微分进化策略的原理和特点，编制微分进化策略的程序代码，并用典型的测试函数验证了所编程序的正确性。由于有限积分法数值软件包具有强大的三维实体建模和自动划分网格的功能以及本身的宏语言为其与外部程序的使用提供了接口，本文提出了适用于天线、微波无源器件优化设计的优化程序。应用该优化程序，设计了同轴线波导过渡器，证明了该优化方案的可行性和有效性。 应用这个优化程序，本文分别设计了电磁耦合型宽带微带天线，圆极化短螺旋天线以及宽带高功率双脊喇叭天线。所设计宽带微带天线的工作频率在3.74GHz～4.48GHz，对应电压驻波比小于2.0，阻抗带宽达18.0％。本文对两类短螺旋天线进行轴比优化。一类是短圆柱螺旋天线，在3.6GHz～4.9GHz内实现轴向辐射，并且最大轴向轴比小于3dB。对于3 dB轴比标准，其轴比带宽达30.5％。另一类是短锥削螺旋天线，其在3.7GHz～4.4GHz内的轴向轴比小于3 dB，轴比带宽17.5％，同时实现轴向辐射。所设计宽带高功率双脊喇叭天线的工作频带在0.37GHz～0.42GHz之间，阻抗带宽12.6％，实现天线增益约7.5dB。 最后，本文对轴向模螺旋天线和双脊喇叭天线的辐射场进行了分析。将上升沿和下降沿均不同的时域脉冲波形馈入到轴向模式螺旋天线中，得到不同的辐射场情况。同时，将衰减速度不同的阻尼正弦波形馈入到双脊喇叭天线中，分析了天线辐射场变化情况。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1工作背景

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容和主要工作

1.4本文研究意义

第2章微分进化原理及优化程序实现

2.1微分进化

2.1.1微分进化原理

2.1.2微分进化代码测试

2.2优化程序原理

2.3设计举例--同轴线波导过渡器

第3章宽带微带天线设计

3.1微带天线概述

3.2矩形微带贴片天线设计

3.3宽频带微带贴片天线及其优化设计

第4章轴向模螺旋天线的设计分析及轴比优化

4.1圆柱螺旋天线概述

4.2轴向模螺旋天线设计及辐射场分析

4.3短螺旋天线的轴比优化

4.3.1天线轴比定义

4.3.2短螺旋天线的轴比优化

第5章宽带高功率天线仿真设计

5.1宽带高功率系统概述

5.2脊波导设计

5.3双脊喇叭天线设计

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文