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基于免疫算法的阵列天线方向图扫描特性的研究

作　者: 韩玮
导　师: 李媛
学　校: 天津大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 方向图扫描免疫算法阵列天线可重构天线
分类号: TN820.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 25次
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内容摘要

天线方向图扫描技术的探索和研究,一直是天线领域的研究热点,而可重构天线可以通过同一副天线,实现多副天线的功能,可以实现天线在多个方向上的波束形成的,给天线方向图扫描提供了新的思路。近些年无线系统向着大容量、多功能和低成本方向发展,而免疫算法在阵列天线的设计中得以应用,就是为了满足这些发展需求。利用免疫算法优化控制参数使阵列可重构天线进行波束控制,目前这一研究领域处于起步阶段,相关研究较少,有很多问题需要解决。本文将免疫算法应用到阵列天线的方向图问题中,实现了天线多方向可重构,为实现波束扫描做了初步的探索。在简要介绍了微带可重构天线和免疫算法相关知识后,本文分析了无线通信系统尤其是卫星通信系统中,采用免疫算法解决优化问题的优势,在归纳总结了免疫算法应用于阵列天线的优化问题所取得地研究成果的基础上,完成了对阵列天线辐射方向图的扫描。首先通过理论分析和软件数值仿真,分析设计了矩形阵列基元及其性能,并完成了四阵元和十六元阵列的设计和仿真。通过仿真验证了由威尔金森功分器原理设计的复杂馈电网络,可以实现并馈阵的等幅同相馈电。并进一步验证了,增加阵元数可以有效提高微带天线增益,可以满足远距离通信如卫星通信等。随后,在阵列天线中阵元间加载开关,利用免疫算法,对这些开关和阵元的馈电状态进行了优化控制,以产生特定方向方向图作为优化目标,通过设计和仿真,实现了阵列天线在一定范围内方向图的形成和改变,并且这种方向图的变化并没有太多增益的损失。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-12
  1.1 课题背景及研究意义  7-10
  1.2 本文主要贡献及内容安排  10-12
第二章微带天线基本理论  12-21
  2.1 微带天线理论基础  12-14
    2.1.1 微带天线种类和结构  12-13
    2.1.2 微带天线的优缺点  13-14
  2.2 微带天线的辐射机理  14-15
  2.3 微带天线的分析方法简述  15-16
  2.4 微带天线的馈电方式  16-18
    2.4.1 接触馈电  16-17
    2.4.2 耦合馈电  17-18
  2.5 可重构天线  18-21
    2.5.1 简单可重构天线  19
    2.5.2 微带阵列可重构天线  19-21
第三章免疫算法  21-33
  3.1 遗传算法  21-24
    3.1.1 研究历史  21-22
    3.1.2 算法构成  22-23
    3.1.3 缺陷与改进  23-24
  3.2 免疫算法  24-28
    3.2.1 免疫算法特点  24
    3.2.2 算法组成  24-26
    3.2.3 算法基本步骤  26-28
  3.3 免疫算法在天线设计中应用  28-33
第四章十六元并馈阵的仿真和实验研究  33-44
  4.1 天线单元的设计  33-36
    4.1.1 贴片单元结构  33-34
    4.1.2 天线尺寸确定  34-36
  4.2 贴片天线的仿真  36-37
  4.3 并馈馈电网络的研究和设计  37-39
    4.3.1 功分器原理  37-38
    4.3.2 馈电网络的确定  38-39
  4.4 十六阵元阵列天线的设计和仿真  39-44
第五章利用免疫算法实现阵列天线方向图的扫描  44-59
  5.1 Matlab在解决天线问题时的应用  44-45
  5.2 四阵元阵列天线的设计和实现  45-52
    5.2.1 四阵元阵列天线  45-46
    5.2.2 四阵元阵列天线方向图简单重构  46-52
  5.3 免疫算法应用于阵列天线方向图重构  52-59
    5.3.1 十六元阵列天线  52-53
    5.3.2 免疫算法在十六元阵列中的应用  53-59
结束语  59-60
参考文献  60-65
致谢  65

基于免疫算法的阵列天线方向图扫描特性的研究

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