宽带双频段电磁偶极子天线的设计与联合仿真优化

摘要

移动通信产业的快速发展推动了整个天线设计领域的不断创新、前进。随着移动数据传输速率的不断提高，移动通信基站的复杂程度也不断增大。天线作为无线通信系统中关键组件，设计的复杂度也有所增加，基于遗传算法的MATLAB与HFSS的联合仿真自动优化的使用可以多个参数同时优化天线，可以有效提高天线设计的效率。在研究相关文献的基础上，本论文对宽带双频段电磁偶极子天线进行了研究和设计。 论文的主要工作如下: (1)提出了一种宽带双频段单极化电磁偶极子天线单元。该天线在低频段工作在1.61GHz-2.99GHz，实现60％的相对带宽(S11≤-10dB);高频段工作在4.81GHz-6.89GHz，实现35.5％的相对带宽(S11≤-10dB)。并使用联合仿真优化方法对天线的S参数进行了验证性仿真优化。 (2)提出了一种新型宽带双频段双极化电磁偶极子天线单元。通过改进双层振子为折叠双层结构，并在改进的Γ型馈线上加入巴伦结构以便更好的与天线阻抗匹配。该天线在低频段工作在1.54GHz-2.87GHz，实现60％的相对带宽(S11≤-10dB&S22≤-10dB);高频段工作在4.62GHz-6.10GHz，实现27％的相对带宽(S11≤-10dB&S22≤-10dB)。使用盒形反射器，来改善天线增益和辐射方向图。并使用联合仿真优化方法对天线的S参数进行了验证性仿真优化。 (3)使用基于遗传算法的MATLAB与HFSS的联合仿真自动优化方法，优化出一种宽带双频段双极化电磁偶极子天线。该天线在低频段工作在1.68GHz-2.86GHz，实现52％的相对带宽(S11≤-10dB&S22≤-10dB);高频段工作在3.15GHz-5.05GHz，实现46.3％的相对带宽(S11≤-10dB&S22≤-10dB)。