[發明專利]一種同軸饋電天線的設計方法

有效

• 申請號: 201710082402.4
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN106935973B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 陳月云;簡榮靈
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01Q1/50
• 分類號: H01Q1/50;H01Q1/38;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明涉及一種同軸饋電天線的設計方法，包括以下步驟：構建同軸饋電的數學優化模型步驟：由制造天線的材質得出介電常數及介質層的高度，設置中心頻率，通過天線尺寸的計算公式構建適應度函數；粒子群算法優化步驟：粒子群算法結合蟻群算法進行優化計算，設定粒子群數目、迭代次數，輸入進行優化運算得到最終每個粒子的長度、寬度與饋電位置；微天線設計步驟：在HFSS軟件中利用所述最終每個粒子的長度、寬度與饋電位置進行微帶天線設計，實現了天線結構參數的自動化設計，諧振頻率可以與中心頻率高度吻合。

技術領域

本發明涉及無線通信領域，具體涉及在天線設計中，涉及一種材料特性測試設備，特別涉及一種同軸饋電天線的設計方法。

背景技術

群體智能算法作為由仿生學演化而來的一類新型優化算法，在越來越多的工程領域得到了廣泛的應用。群體智能主要體現在群居生物相互合作的行為上，研究人員對其中的規律進行觀察和研究之后，總結其實現的原理并以此來設計出求解某些問題的算法，這就是近些年來在智能計算領域中非常熱門的群體智能算法。群體智能算法由于其方便實用，近些年來得到了廣泛的發展和應用，其中以粒子群算法和蟻群算法的應用最為廣泛。

本發明以微帶天線的設計為例，詳細介紹其設計方法和實現原理。微帶天線是在一塊厚度遠小于工作波長的介質基片的一面敷以金屬輻射片、一面全部敷以金屬薄層作接地板而成；輻射片可以根據不同的要求設計成各種形狀。微帶天線具有質量輕、體積小和易于制造等優點，現如今，它已經廣泛應用于無線通信中。

現有的設計方法中，研究人員往往是通過數值計算得到天線參數，用軟件進行仿真，微調參數的取值從而實現最優性能，這樣工作量大，并且容易出現性能不佳等狀況。將群體智能算法運用在天線設計領域，既能簡化天線設計的繁瑣演算和仿真流程，同時也能夠大幅度地節約時間和資金成本。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種同軸饋電天線的設計方法，通過數值計算和參數微調達到性能最優，解決諧振頻率與中心頻率高度匹配工作量大，浪費時間與資金等缺點。

為實現上述目的，本發明提供了一種同軸饋電天線的設計方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

構建同軸饋電的數學優化模型步驟：由制造天線的材質得出介電常數及介質層的高度，并設置中心頻率；

微天線尺寸估算步驟：利用所述介電常數、介質層的高度及中心頻率估算得到每個粒子的長度、寬度與饋電位置；

粒子群算法優化步驟：粒子群算法結合蟻群算法進行優化計算，設定粒子群數目、迭代次數，輸入進行優化運算得到最終每個粒子的長度、寬度與饋電位置；

微天線設計步驟：在HFSS軟件中利用所述最終每個粒子的長度、寬度與饋電位置進行微帶天線設計。

優選的，所述制造天線的材質為FR4環氧樹脂，所述介電常數、介質層的高度及中心頻率分別為h＝1.6mm、ε_r＝4.4、freq＝2.45Ghz。

優選的，所述同軸饋電天線饋電端口使用集總端口激勵，端口平面設置為集總端口激勵，端口阻抗設置為50Ω。

優選的，微天線尺寸的計算按照以下方式進行：

微帶貼片的寬度：

考慮到邊緣縮短效應，微帶貼片的長度：

其中：

輸入阻抗：

由于G₁₂＜＜G₁，故G₁₂能夠忽略不計。