本文關(guān)鍵詞：基于矩量法的平板單極子天線拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 拓?fù)鋬?yōu)化 矩量法 單極子天線 天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

【摘要】：當(dāng)今社會(huì)是一個(gè)海量數(shù)據(jù)交換的時(shí)代,無線通信技術(shù)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。工程實(shí)際對數(shù)據(jù)交換設(shè)備的性能提出了愈來愈苛刻且嚴(yán)格的需求。天線作為無線數(shù)據(jù)交換設(shè)備的主要功能結(jié)構(gòu),是決定數(shù)據(jù)交換設(shè)備優(yōu)劣的重要因素。因此天線結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)成為無線通信技術(shù)發(fā)展道路上的難點(diǎn)和重點(diǎn)。傳統(tǒng)的天線優(yōu)化設(shè)計(jì)是基于經(jīng)驗(yàn)構(gòu)型的變型、改變參數(shù)進(jìn)行重復(fù)仿真分析、尺寸優(yōu)化等途徑,不僅理論基礎(chǔ)不足,而且設(shè)計(jì)空間狹小,難以獲得超出經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的具有更優(yōu)性能的創(chuàng)新型構(gòu)型。因此現(xiàn)代天線設(shè)計(jì)需要更加系統(tǒng)的、高層次的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。拓?fù)鋬?yōu)化是直接對結(jié)構(gòu)拓?fù)溥M(jìn)行優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法,探索結(jié)構(gòu)內(nèi)部的布局與連接形式,能夠產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)形式,是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中最有意義的一個(gè)階段。采用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)指導(dǎo)天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是天線領(lǐng)域日益增長的設(shè)計(jì)需求所決定的必然趨勢。此外,隨著精細(xì)數(shù)值分析方法的發(fā)展,計(jì)算電磁學(xué)數(shù)值方法的崛起也為天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了有限元分析基礎(chǔ)。針對上述情況,本文采用了基于矩量法的單極子天線分析方法,研究了拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)用于天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法,提出了單極子天線拓?fù)鋬?yōu)化模型并對拓?fù)鋬?yōu)化中的核心技術(shù)進(jìn)行研究,實(shí)現(xiàn)了基于拓?fù)鋬?yōu)化的天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文的研究內(nèi)容如下：(1)RWG矩量法單極子天線數(shù)值模擬分析方法。本文對矩量法的理論推導(dǎo)以及矩量法在天線數(shù)值仿真中的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行了簡單說明,重點(diǎn)研究了引入Rao-Wilton-Glisson基函數(shù)求解天線表面電流密度進(jìn)而分析天線性能的方法�；赗WG邊元法,給出了天線數(shù)值仿真問題中阻抗矩陣、狀態(tài)方程等的求解方法,建立了單極子天線的邊饋模型,并給出了天線各項(xiàng)性能參數(shù)的表達(dá)式。說明了分析方法的程序?qū)崿F(xiàn)流程。數(shù)值算例驗(yàn)證了在天線數(shù)值模擬中矩量法具有良好的適用性。通過與有限元軟件Ansoft HFSS仿真結(jié)果的對比分析,說明了矩量法的效率優(yōu)勢。(2)建立了以金屬材料分布參數(shù)為設(shè)計(jì)變量、考慮天線效率最大化的單極子天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)拓?fù)鋬?yōu)化模型和求解方法。采用類似變密度法的拓?fù)鋬?yōu)化方法,對單極子天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散并得到了金屬材料布局的描述參數(shù)�？紤]正切函數(shù)的特點(diǎn),提出了正切函數(shù)形式的材料插值函數(shù),說明了插值函數(shù)所具有的物理意義�；谔炀�能量平衡系統(tǒng),導(dǎo)出了最大化天線效率的目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式并給出了目標(biāo)函數(shù)關(guān)于設(shè)計(jì)變量的靈敏度表達(dá)式。數(shù)值算例驗(yàn)證了本文建立的優(yōu)化模型的正確性,能夠有效地提高天線的效率。針對優(yōu)化算例拓?fù)浣Y(jié)果中的灰度單元,提出了基于閡值的后處理方法并進(jìn)一步討論了閾值法的局限性,提出了改進(jìn)的動(dòng)態(tài)懲罰格式,通過算例說明了動(dòng)態(tài)懲罰格式能夠有效地從優(yōu)化模型層面消除優(yōu)化迭代過程中出現(xiàn)的灰度單元,獲得黑白拓?fù)浣Y(jié)果。(3)考慮多頻段工作性能的單極子天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。面對通信系統(tǒng)高品質(zhì)服務(wù)和多樣性服務(wù)的需求,通信頻段不斷向?qū)掝l段、高頻段以及多頻段發(fā)展。覆蓋多種功能工作頻段天線構(gòu)型的研究具有非常實(shí)際的工程意義。利用本文所提出的以最大化天線效率為優(yōu)化目標(biāo)的拓?fù)鋬?yōu)化模型,進(jìn)行了能夠覆蓋GPS、DCS、PCs和TD-SCDMA頻段的平板型單極子天線拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化算例說明了該優(yōu)化模型能夠獲得在指定多頻段高效工作的天線構(gòu)型。
【關(guān)鍵詞】：拓?fù)鋬?yōu)化 矩量法 單極子天線 天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN821.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 天線結(jié)構(gòu)形式簡介10-12
• 1.1.1 天線結(jié)構(gòu)形式10-11
• 1.1.2 單極子天線結(jié)構(gòu)形式及設(shè)計(jì)思想11-12
• 1.2 天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法概述12-15
• 1.2.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法12-13
• 1.2.2 計(jì)算電磁學(xué)數(shù)值方法13-14
• 1.2.3 天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究概述14-15
• 1.3 本文內(nèi)容安排15-17
• 2 基于RWG矩量法的單極子天線分析方法17-37
• 2.1 引言17
• 2.2 基于RWG的矩量法17-26
• 2.2.1 矩量法的基本理論17-18
• 2.2.2 基于RWG矩量法18-24
• 2.2.3 矩量法天線數(shù)值仿真的MATLAB實(shí)現(xiàn)24-26
• 2.3 矩量法的適用性驗(yàn)證26-36
• 2.3.1 直線型單極子天線的性能分析26-30
• 2.3.2 平板型單極子天線的性能分析30-34
• 2.3.3 矩量法的計(jì)算效率34-36
• 2.4 小結(jié)36-37
• 3 單極子天線拓?fù)鋬?yōu)化模型37-54
• 3.1 引言37
• 3.2 設(shè)計(jì)變量37-39
• 3.3 目標(biāo)函數(shù)及優(yōu)化列示39-41
• 3.4 敏度分析及優(yōu)化流程41-44
• 3.4.1 敏度分析41-43
• 3.4.2 優(yōu)化流程43-44
• 3.5 單一頻點(diǎn)單極子天線拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)44-52
• 3.5.1 方形平板單極子天線拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)44-48
• 3.5.2 灰度單元閾值處理方法48
• 3.5.3 動(dòng)態(tài)增加的懲罰格式48-52
• 3.6 小結(jié)52-54
• 4. 覆蓋多工作頻段的單極子天線拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)54-60
• 4.1 引言54
• 4.2 算例54-59
• 4.3 小結(jié)59-60
• 總結(jié)與結(jié)論60-61
• 參考文獻(xiàn)61-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況63-64
• 致謝64-65

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 宋朝暉;祁嘉然;邱景輝;周廷顯;;圓盤單極超寬帶天線特性研究[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2007年01期

2 胡來平,劉占軍;電磁學(xué)計(jì)算方法的比較[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2003年10期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 房志江;小型化及多頻段天線技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2009年

，

本文編號(hào)：1125281