本文關(guān)鍵詞：基于PSO可穿戴天線的設計和優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 粒子群算法 遺傳算法 對跖Vivaldi天線 可穿戴 微帶天線 HFSS

【摘要】：腦中風,顧名思義就是腦部出血或者缺血性損傷為主要癥狀的臨床疾病,亦稱之為腦血管意外或者腦卒中,并且具有很高的致殘率和病死率,也是世界上十大致死疾病中死亡率最高的疾病之一。而腦中風的致死率也會隨著年齡的增大呈現(xiàn)出上升的趨勢,由于在治療過程中一直缺乏行之有效的措施,目前普遍認為最好的治療措施就是預防;預防采用的方法一般是采用核磁共振,CT等價格昂貴的醫(yī)療器械,這對于邊遠山區(qū)的人們及普通醫(yī)療診所是難以承受的,因而在推廣方面具有極大的困難。近年來,隨著微波成像技術(shù)成為了各大醫(yī)療器械公司及高校的重點研究方向,腦中風檢測技術(shù)也得到了極大的推廣;而在這一檢測系統(tǒng)中,天線模塊中信號的發(fā)射與接收的結(jié)果會直接影響到成像的效果;要使成像效果更加清晰且更易攜帶,通常設計一款體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊的天線用于收發(fā)信號是微波探測信號采集和成像的前提。然而,在天線設計優(yōu)化的過程中,復雜結(jié)構(gòu)超寬帶天線的多參數(shù)和非線性以及仿真工具運行的長耗時都對性能優(yōu)化提出嚴峻挑戰(zhàn)。而智能優(yōu)化算法作為一類求解非線性問題的高效優(yōu)化算法,其原理簡單,全局尋優(yōu)的成功率高,魯棒性強,適用于各種復雜優(yōu)化問題,并在天線優(yōu)化領(lǐng)域取得廣泛應用。借助于智能算法在天線優(yōu)化方面的成就,使得天線的主要性能參數(shù)能夠滿足于特定的技術(shù)要求等,天線的設計效率得到了極大提高。之后本文利用粒子群這一智能算法與遺傳算法分別對超寬帶對跖Vivaldi天線進行優(yōu)化對比�？紤]到進一步的可穿戴性研究,文章還對天線結(jié)構(gòu),導體材料特性,打印制作技術(shù),絕緣體材料特性等方面對柔性材料進行研究與論述。通過研究后選擇合適的材料,利用改進的PSO和HFSS對微帶天線進行設計仿真和優(yōu)化;最后,通過修改天線的結(jié)構(gòu),利用HFSS來模擬在實際運用中天線受外部環(huán)境影響而產(chǎn)生變化后,天線的相關(guān)性能參數(shù)的變化。本文的主要研究成果可分為總結(jié)為以下幾個方面:(1)引入了HFSS-API,利用這一工具通過MATLAB編程,可以建模復雜的天線結(jié)構(gòu);并且可以利用除了HFSS電磁仿真軟件中集成的優(yōu)化方法之外的算法進行對天線的優(yōu)化。本文成功通過這一接口工具編程設計了一款超寬帶對跖Vivaldi天線。(2)提出了將改進的粒子群算法(PSO)應用于超寬帶對跖Vivaldi天線的優(yōu)化,并且與HFSS優(yōu)化模塊中的遺傳算法進行對比,結(jié)果表明:當天線工作在1.8-5GHz,初始條件一致的情況下;在工作帶寬內(nèi),優(yōu)化目標為回波損耗大于10dB,在達到優(yōu)化目標時,粒子群優(yōu)化算法在時間的耗費上比遺傳算法減少了20%。(3)根據(jù)優(yōu)化結(jié)果加工出一款對跖Vivaldi天線,并對天線的性能進行了測試;當天線工作在5GHz時,天線增益最大可達到為9.8dB,波瓣寬度達到了60o;此外,將天線作為腦中風檢測系統(tǒng)的收發(fā)天線,檢測結(jié)果能夠清楚的顯示待檢測物體位置和大小,證實了改進的粒子群算法在實踐中的可行性。(4)利用粒子群算法和HFSS優(yōu)化設計出微帶天線,為使得天線更加具有可穿戴的特性,采用柔性材料作為天線的基本材料,并且通過改變天線的彎曲形狀和電介質(zhì)常數(shù)來模擬現(xiàn)實生活中天線可能遇到的外力因數(shù)引發(fā)的彎曲形變和汗水及其他外在因數(shù)引發(fā)的介電常數(shù)的改變對天線的性能影響。
【關(guān)鍵詞】：粒子群算法 遺傳算法 對跖Vivaldi天線 可穿戴 微帶天線 HFSS
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN820
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-15
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 論文主要工作安排13-15
• 第2章 超寬帶天線及優(yōu)化算法的理論基礎15-24
• 2.1 超寬帶天線(UWB)的結(jié)構(gòu)與定義15-16
• 2.1.1 超寬帶天線基本概念15
• 2.1.2 超寬帶天線性能15-16
• 2.2 天線主要電參數(shù)介紹16-19
• 2.2.1 方向圖16-17
• 2.2.2 效率17
• 2.2.3 天線增益17-18
• 2.2.4 輸入阻抗18
• 2.2.5 超寬帶天線的極化18-19
• 2.3 粒子群算法的理論基礎19-22
• 2.3.1 粒子群算法的概念19-20
• 2.3.2 粒子群算法的描述20-21
• 2.3.3 粒子群算法的流程21-22
• 2.3.4 粒子群在天線優(yōu)化中的應用22
• 2.4 本章小結(jié)22-24
• 第3章 超寬帶天線的設計24-39
• 3.1 超寬帶天線的設計需求分析24
• 3.2 天線原型的選擇24-33
• 3.2.1 Vivaldi天線的相關(guān)理論25-27
• 3.2.2 電流在Vivaldi天線的分布27-28
• 3.2.3 傳統(tǒng)Vivaldi天線28-30
• 3.2.4 對跖Vivaldi天線30-31
• 3.2.5 對跖Vivaldi天線結(jié)構(gòu)的設計31-33
• 3.3 基于HFSS天線自動優(yōu)化設計平臺的搭建33-37
• 3.3.1 天線設計和仿真系統(tǒng)34-36
• 3.3.2 基于Matlab的天線設計工具36-37
• 3.3.3 天線自動設計和優(yōu)化流程設計37
• 3.4 一種對跖Vivaldi天線的設計37-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第4章 改進的粒子群算法優(yōu)化超寬帶天線39-49
• 4.1 傳統(tǒng)粒子群算法優(yōu)化天線39-40
• 4.2 改進的粒子群算法優(yōu)化天線40-43
• 4.3 對優(yōu)化的天線進行測試對比43-47
• 4.3.1 天線尺寸及優(yōu)化耗時對比43-44
• 4.3.2 實測天線回波損耗對比及分析44-45
• 4.3.3 實測天線增益對比45-46
• 4.3.4 天線E平面與H平面測量46-47
• 4.4 對跖Vivaldi天線在微波成像的應用47
• 4.5 本章小結(jié)47-49
• 第5章 可穿戴微帶天線的設計49-59
• 5.1 可穿戴天線介紹49-51
• 5.1.1 柔性材料的介紹50-51
• 5.2 柔性微帶天線的設計51-54
• 5.2.1 微帶天線的介紹51-52
• 5.2.2 柔性微帶天線設計及優(yōu)化52-54
• 5.3 柔性微帶天線的彎曲測試54-56
• 5.4 柔性天線的汗水測試56-57
• 5.5 本章小結(jié)57-59
• 第6章 總結(jié)與展望59-62
• 6.1 本論文的總結(jié)59-60
• 6.2 下一步工作計劃于展望60-62
• 參考文獻62-67
• 致謝67-68
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文和參加的項目68-69
• 附錄69-72

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 吳國光;;一幫一 一對紅——短波達人教您如何架設短波天線(三)[J];現(xiàn)代通信;2010年06期

2 馬達;章文勛;;人體附近天線的輻射特性[J];電波科學學報;2011年01期

3 王海東;郭海鷹;金超;王建宅;張萬才;;輕質(zhì)復合材料天線輻射梁單元研究[J];電子機械工程;2012年03期

4 Γ·波里秋克 ,劉錫銘;遠距離電視接收用多層天線[J];廣播與電視技術(shù);1981年02期

5 潘威炎,張紅旗;地層各向異性對極低頻水平低架天線的影響[J];電波科學學報;2005年02期

6 李明軍;;天線與饋線的原理與匹配[J];家電檢修技術(shù);2009年04期

7 唐燁;;淺談天線美化材料[J];電信快報;2009年09期

8 車駕雄;;雙振子反射板型電視天線輻射數(shù)學模型[J];電波科學學報;2010年05期

9 胡霄;傅光;;一種小型化平面倒F天線的特性研究[J];電子科技;2007年04期

10 朱孟正;趙春然;蘇曉飛;張峰;袁廣宇;;關(guān)于長細天線輻射的研究[J];牡丹江師范學院學報(自然科學版);2007年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 謝處方;;2000年天線展望[A];IEEE北京分會第一屆學術(shù)年會論文集[C];1987年

2 王致遠;倪文俊;蔣凡杰;;螺旋加載倒F天線的設計[A];2009年全國天線年會論文集（下）[C];2009年

3 李曉燕;李江波;;中波小天線介紹與應用[A];2007第二屆全國廣播電視技術(shù)論文集2（上）[C];2007年

4 李宗謙;;天線口面的平均亮溫度[A];1995年全國微波會議論文集（下冊）[C];1995年

5 楊振超;聶在平;宗顯政;班永靈;;手機天線在整機環(huán)境下的效率分析與仿真[A];2009年全國天線年會論文集（下）[C];2009年

6 趙陽;張志軍;馮正和;李展;;全金屬無切縫腔體天線的技術(shù)研究[A];2011年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2011年

7 陳志雨;;用GTEM小室做天線測量[A];2009年全國天線年會論文集（下）[C];2009年

8 覃正;陳紹汀;;國外SAR天線的發(fā)展[A];第五屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)會議論文集（第二卷）[C];1996年

9 蔣頡;周蔚紅;何建國;;微波熱療天線的設計與優(yōu)化[A];2009年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2009年

10 張加坤;胡皓全;楊顯清;趙家升;;線天線輻射近區(qū)場強計算[A];第十四屆全國電磁兼容學術(shù)會議論文集[C];2004年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 大連移動通信公司工程師 李軍;天線美化漸成趨勢[N];經(jīng)濟日報;2006年

2 ;無線語錄增益天線[N];電腦報;2005年

3 ;C網(wǎng)優(yōu)化中的天線仿真研究[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2003年

4 羅清岳;智能型GPS導航天線的設計及應用[N];電子資訊時報;2006年

5 趙如兵;解讀移動通信天線參數(shù)[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2003年

6 記者 華凌;你想“遁形”，就在身邊放些小天線[N];科技日報;2013年

7 本報記者 史秋實;海天天線：自主創(chuàng)新 逆勢飛揚[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導報;2009年

8 中國計量科學研究院 楊盛祥 謝鳴;手機電磁輻射如何防護[N];亞太經(jīng)濟時報;2000年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 肖紹球;平面型可重構(gòu)天線研究[D];電子科技大學;2003年

2 宗顯政;平臺與天線的一體化電磁建模及工程實踐研究[D];電子科技大學;2008年

3 韓國瑞;封裝天線的電磁兼容特性研究[D];山西大學;2013年

4 魏文博;可重構(gòu)天線研究[D];西安電子科技大學;2008年

5 陳瑾;寬帶小型化天線及多頻帶/超寬帶印刷天線研究[D];西安電子科技大學;2010年

6 凌勁;混合快速算法在天線輻射和散射問題中的研究與應用[D];西安電子科技大學;2011年

7 王琪;天線的小型化技術(shù)與寬頻帶特性的研究[D];電子科技大學;2004年

8 楊樺;托卡馬克中離子回旋天線的相關(guān)理論研究[D];中國科學技術(shù)大學;2015年

9 周蔚紅;時域天線在無載波脈沖探地雷達中的理論及應用研究[D];國防科學技術(shù)大學;2006年

10 吳建斌;探地雷達發(fā)射系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D];武漢大學;2009年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 曹紅方;手機天線的一體化設計[D];蘇州大學;2009年

2 畢重穎;適用于移動終端的小型化平面倒F天線研究[D];北京交通大學;2010年

3 肖學森;三維天線建模及天線三維增益的有效性算法研究[D];北京郵電大學;2013年

4 賀忠偉;加載小型化寬頻帶天線研究[D];西安電子科技大學;2010年

5 張健;短波天線寬帶可重構(gòu)技術(shù)的研究[D];西安電子科技大學;2013年

6 杜永興;微波熱療天線的設計與研究[D];西安理工大學;2007年

7 徐凌;可穿戴天線的研究[D];電子科技大學;2013年

8 楊濤;小型化寬頻段天線的研究[D];杭州電子科技大學;2014年

9 高健哲;艦船短波多天線優(yōu)化布局仿真研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

10 柴杰;小型化平面倒F天線的研究[D];北京交通大學;2009年

，

本文編號：704538