無線通信系統(tǒng)中天線的優(yōu)化與設計.pdf

1、隨著微電子技術和制作工藝的不斷提高,無線通信設備正在向著小型化、寬帶化和多功能化的方向發(fā)展。而天線作為無線通信系統(tǒng)中不可或缺的組成部分,其性能的優(yōu)劣直接影響到整個系統(tǒng)的通信質(zhì)量。因此,對當代無線通信系統(tǒng)中天線進行優(yōu)化與設計是一個具有實際意義的課題。目前,移動通信系統(tǒng)中的天線可大致分為終端天線、室外基站天線和室內(nèi)覆蓋天線三種形式。此外,伴隨短距離無線通信技術的日益興起,UWB系統(tǒng)受到了越來越多的關注。由于UWB通信系統(tǒng)的工作頻帶為3.1-

2、10.6GHz,與現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)如WLAN、WiMAX的頻段相互重疊。因此,為了使UWB系統(tǒng)與各個通信系統(tǒng)間實現(xiàn)良好的兼容性,抑制潛在干擾,需要設計出具有陷波特性的超寬帶天線。本文緊密結合以上所述情況,重點圍繞手機天線、室內(nèi)覆蓋寬帶天線、高性能室外基站天線波束賦形以及具有陷波特性的超寬帶天線等方面展開研究。作者的主要工作和成果可以概括為:
　　 1.適用于當代移動通信終端——手機的小型化、多頻化平面天線研究。提出了一種將環(huán)形

3、天線與單極天線相結合的平面天線,通過對天線的適當彎折和改變輻射體寬度,使天線可以同時覆蓋GSM/DCS/PCS/Bluetooth/Wi-Fi等頻段；研究并設計了兩種低SAR值的平面倒F天線,這兩種天線均利用L形耦合饋電來實現(xiàn)小型化和多頻化,并通過將兩個天線放置于手機底部的方法,有效地降低了SAR值。
　　 2.研究并設計了一種新型的具有復合結構的低剖面超寬帶盤錐天線。采用有限元法對天線各組成部分的作用作了詳細分析。1)采用錐形

4、結構實現(xiàn)天線的寬帶特性；2)引入接地耦合環(huán)以此拓寬低頻實現(xiàn)低剖面；3)利用一個優(yōu)化后的套筒結構改善天線的高頻性能。最終,天線實現(xiàn)了747MHz～5900MHz(VSWR<2.5)的頻率覆蓋。
　　 3.研究了一種將HFSS仿真軟件作為解算器與遺傳算法相結合的方法,成功的實現(xiàn)了電磁仿真軟件與最優(yōu)化思想的無縫鏈接。并以此方法自動優(yōu)化設計了兩款寬帶、多頻平面天線:一款是尺寸為90×120mm2,覆蓋CDMA/GSM/DCS/PCS/U

5、MTS頻段,由錐形結構和套筒構成的平面單極天線；一款是尺寸為110×110mm2,覆蓋CDMA/GSM/DCS/PCS/UMTS/Bluetooth/WLAN的多枝節(jié)平面單極天線。這兩款天線均為平面結構,可以很好地滿足室內(nèi)美化或偽裝要求,適用于室內(nèi)移動通信覆蓋系統(tǒng)。
　　 4.針對標準遺傳算法早熟和局部尋優(yōu)能力差的缺點,通過對遺傳算法的深入研究,給出了一種改進的混合遺傳算法。該方法將自適應思想和一個局部搜索算子——步長加速法有機

6、地融入其中,并通過對3個標準函數(shù)的測試,證明了該算法的有效性。
　　 5.研究了一種更為精確的陣列天線方向圖波束賦形綜合方法。針對傳統(tǒng)陣列綜合方法中忽略陣元互耦導致優(yōu)化結果不精確的問題,借助HFSS仿真軟件,對陣列環(huán)境及陣元耦合對每個陣元輻射性能造成的不同影響進行了研究,并將其計入優(yōu)化過程中,提高了優(yōu)化結果的可靠性。最后,應用該方法結合上述混合遺傳算法,對基站天線的垂直面進行了波束賦形設計。通過對天線優(yōu)化結果和實測結果的比較,有