種型平面縫隙陣天線.doc

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1、一種新型的平面全向縫隙陣列天線摘要：一種新型的平面全向輻射縫隙陣列天線在水平平面上被提出。該天線具有一個(gè)簡(jiǎn)單的基于帶狀線結(jié)構(gòu)。它的制作采用了低成本的準(zhǔn)確平面印刷技術(shù)。一系列的矩形環(huán)槽蝕刻在兩個(gè)平行的接地平面上，作為散熱器。在這項(xiàng)研究中討論了天線的操作的基本原則。連續(xù)八個(gè)槽孔天線采用遺傳算法（GA）的集群系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了良好的全向輻射特性。原型天線的制作與量測(cè)。測(cè)量結(jié)果與仿真數(shù)據(jù)表明，該天線具有令人鼓舞的特征一致。例如，在工作頻率為5.8GHz時(shí)，在水平面上，它有一個(gè)形成良好的全向模式的最大增益變化小于0.5dB，高增益10dBi的水平，側(cè)裂片10分貝以下的主瓣和正面。同時(shí)

2、，該天線的中心頻率的4.6%的阻抗帶寬（5.68–5.95GHz）為S11<10分貝且具有全向性能穩(wěn)定的阻抗帶寬。關(guān)鍵詞:遺傳算法，全向天線，平面陣列，縫隙陣列。一、引言蓬勃發(fā)展的無線通信系統(tǒng)市場(chǎng)顯著需求在水平平面上全向輻射的高性能天線。已開發(fā)了各種天線，如同軸共線天線（可可）[1]，[2]，的平面偶極子陣列[3]，共形微帶陣列[4]，[5]，微帶貼片天線陣[6]-[8]，微帶縫隙天線陣[9]，和波導(dǎo)縫隙陣列天線[10]。對(duì)于許多實(shí)際的應(yīng)用中，一個(gè)理想的全向天線應(yīng)具有以下特點(diǎn)：（1）在增益變化小的水平面上有良好的全向輻射模式；（2）高增益；（3）效率高；（4）容易，可

3、調(diào)輻射的傾斜角；（5）可直接由一個(gè)50Ω同軸線而不需要一個(gè)匹配或匹配變壓器輸入；（6）是緊湊的，重量輕容易以較低的成本來制造。然而，現(xiàn)有的天線無法滿足所有這些要求。例如，同軸共線天線遇到由于其輻射元件的歐姆損耗效率降低和笨重的饋送網(wǎng)絡(luò)的微波和毫米波無線應(yīng)用[8]，[11]。微帶共形陣列天線必須保證圓筒狀的地面，使其造價(jià)高[3]。微帶陣列天線具有較低的制造成本，但他們中的許多[6]-[8]遭受低增益和高增益變化。本研究的目的是開發(fā)一個(gè)新的全向天線滿足上述要求。該天線有一個(gè)簡(jiǎn)單的帶狀結(jié)構(gòu)和使用一系列的矩形環(huán)槽，蝕刻在微帶線的兩個(gè)金屬的理由，如散熱器。這是提供直接通過50Ω

4、11/11同軸線的帶狀線的一端而不需要匹配或匹配變壓器。此外，它的平面陣列結(jié)構(gòu)允許一個(gè)簡(jiǎn)單的平面印刷技術(shù)的應(yīng)用，使其制作簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確，并以較低的成本完成。帶狀線饋電縫隙陣列已有R.S.埃利奧特等人的研究。[12]，[13]，但是最好的作者的知識(shí)，沒有這樣的全向天線使用帶狀線的結(jié)構(gòu)和環(huán)槽，在文獻(xiàn)中已報(bào)道。為了達(dá)到良好的全向輻射特性，該天線優(yōu)化的遺傳算法（GA），和GA的并行運(yùn)行在集群系統(tǒng)中有32臺(tái)電腦，加快優(yōu)化過程。這個(gè)交流排版如下。第二部分介紹了建議的天線的配置?；诓⑿羞z傳算法的天線優(yōu)化技術(shù)在第三章。在第四部分中是模擬和優(yōu)化的天線測(cè)量特性的說明。最后最后結(jié)論是在第五章

5、。二、天線的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1所示，該天線包括一個(gè)帶寬Wc和兩個(gè)金屬接地平面的中心導(dǎo)體。中心導(dǎo)體嵌入在電介質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù)∑γ和厚度h和被夾在兩個(gè)平行的接地平面之間形成一個(gè)帶狀線是不平衡的，可直接滿足與同軸電纜終端Aá。其他終端?BB??和側(cè)壁開。一系列的矩形環(huán)槽蝕刻在金屬接地。對(duì)于這樣一個(gè)天線，不均勻的環(huán)槽具有不等間距的非均勻陣列在天線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方面可以提供更大的靈活性，性能優(yōu)于一個(gè)等間距大小分布均勻的槽。然而，要優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)的數(shù)量將急劇增加，使得基于優(yōu)化的遺傳算法困難。因此，在這項(xiàng)研究中，我們決定采用與等間距的槽的大小均勻的天線陣列。圖1.縫隙天線陣的配（a）

6、它的橫截面圖；（b）中心導(dǎo)體；（c）接地平面幾何11/11圖2說明了瞬時(shí)電流分布規(guī)律在諧振頻率的天線，如箭頭所示。它是由流行的商業(yè)軟件CST仿真（計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)）微波工作室（MWS）基于有限積分技術(shù)（FIT）模仿。這個(gè)數(shù)字表明，從進(jìn)料端，電流就開始流動(dòng)，和衰減沿帶狀線。電流衰減是由于電磁能量耦合的帶狀線和逐步從環(huán)槽的輻射，具有行波天線的特性。這些插槽，電流是彼此相對(duì)水平面；因此，他們作為傳輸線有很小的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射。相反，電流在垂直方向是同相的，他們作為散熱器。此外，在垂直平面共線的安排將使他們的領(lǐng)域具有建設(shè)性和產(chǎn)生一個(gè)全方位的在水平面內(nèi)高增益遠(yuǎn)場(chǎng)輻射模式。由此產(chǎn)生的輻射應(yīng)

7、該在寬邊方向與線性極化（z方向），結(jié)果在第四章顯現(xiàn)出來。圖2.在縫隙陣列天線的電流分布11/11二、天線優(yōu)化作為一個(gè)強(qiáng)大的和有效的優(yōu)化技術(shù)，遺傳算法（GA）[14]利用自然演進(jìn)的過程：在連續(xù)幾代參數(shù)的改進(jìn)。遺傳算法已成功地應(yīng)用在各種天線的優(yōu)化[15]，[16]。在這項(xiàng)研究中，它是用于優(yōu)化該全向天線。天線的輻射特性的全波模擬采用CSTMWS軟件得到。優(yōu)化程序是并行的主從式模型和一個(gè)Beowulf集群系統(tǒng)[13]以實(shí)現(xiàn)大幅減少計(jì)算時(shí)間。Beowulf集群系統(tǒng)由32個(gè)處理器通過一個(gè)速度為1000Mb/s以太網(wǎng)互聯(lián)。一個(gè)處理器，命名為主處理器，而所有其進(jìn)了優(yōu)