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应急通信终端天线的设计与优化

作　者: 张庆贺
导　师: 杨旭强
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 小型化微带天线圆极化神经网络遗传算法
分类号: TN828.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

应急通信终端是在紧急情况下用于定位、导航和通信的手持式设备,是基于无线电示位标(EPIRB)发展起来的,主要用于个人探险以及科学探险等相关活动。该系统有两种工作模式:一种是工作在406MHz频率上,通过全球微型搜救系统(COSPAS-SARSAT)进行中继的;另一种是工作在1.6GHz频率上,通过MARSAT海事卫星进行中继的。为满足该系统小型化、手持式的实际应用特点,要求该系统终端天线具有重量轻、体积小等优点。因此,本文重点探讨了该终端系统天线的小型化设计及基于神经网络和遗传算法结合电磁仿真软件微波工作室(CST MWS)的天线结构参数优化设计。首先,基于天线小型化基本理论,设计了两种406MHz天线(环天线和法向模螺旋天线),达到天线标称增益、驻波比、天线轴比等技术指标,并实现天线的圆极化和小型化。通过对两种天线性能的比较分析,得到较适合应急通信终端的天线设计。其次,基于微带天线小型化技术,设计了两种1.6GHz天线:一种是采用特殊结构的小型槽隙加载微带天线;另一种是采用特殊材料,应用复合左/右手传输线理论来设计1.6GHz/2.4GHz双频小型化微带天线。两种天线的仿真结果表明本设计符合国际标准的要求,并且具有尺寸小、低剖面、方便生产和易集成等优点,而且后一种1.6GHz天线包含2.4GHz频率,可进行近距离数据或语音通信,为新型应急通信终端天线的设计提供了新思路。最后,设计了应用神经网络和遗传算法结合CST的优化模块,对该系统1.6GHz的两种微带天线分别进行了中心频率和带宽特性的结构参数优化,得到满足更满足国标的天线设计。首先利用部分正交实验法列出部分结构参数实验设计表,用CST进行仿真。然后利用样本训练BP神经网络,建立结构参数与所优化性能参数之间的映射关系。最后基于遗传算法对所选参数进行最终优化,得到天线最优结构参数。文中对优化模块的实际尝试,为以后课题的深入研究进行了积累和铺垫。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 小型化天线国内外研究现状  10-13
  1.3 优化算法国内外发展现状  13-17
    1.3.1 经典优化算法  13-14
    1.3.2 启发式优化算法  14-15
    1.3.3 优化算法在电磁方面的应用  15-17
  1.4 本文的主要研究内容  17-18
第2章特种电小天线的分析与设计  18-35
  2.1 引言  18
  2.2 小型化天线基本理论  18-23
    2.2.1 矩量法  18-20
    2.2.2 天线加载理论  20-21
    2.2.3 电小天线理论  21-23
  2.3 法向模螺旋天线设计  23-29
    2.3.1 螺旋天线结构与理论公式  23-24
    2.3.2 法向模螺旋天线参数计算及建模仿真  24-29
  2.4 小环天线设计  29-33
    2.4.1 小环天线结构与理论公式  29-30
    2.4.2 小环天线参数计算及建模仿真  30-33
  2.5 天线性能比较  33-34
  2.6 本章小结  34-35
第3章微带天线的小型化设计与技术方案  35-47
  3.1 引言  35
  3.2 微带天线小型化技术  35-37
    3.2.1 特殊材料的小型化技术  35-36
    3.2.2 特殊结构的小型化技术  36-37
  3.3 小型槽隙加载微带天线设计  37-42
    3.3.1 小型槽隙加载微带天线结构与参数选取  38
    3.3.2 小型槽隙加载微带天线建模与仿真  38-42
  3.4 双频小型化微带天线设计  42-46
    3.4.1 左手材料的CRLH 传输线模型  42-44
    3.4.2 双频小型化微带天线建模仿真  44-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章基于遗传算法和神经网络的天线优化设计  47-62
  4.1 引言  47
  4.2 BP 神经网络介绍  47-49
  4.3 基于遗传算法的运算流程  49-53
  4.4 神经网络和遗传算法结合CST 优化模块  53-54
  4.5 小型槽隙加载微带天线优化设计  54-58
    4.5.1 基于神经网络实现小型槽隙加载微带天线模拟  54-56
    4.5.2 基于遗传算法的小型槽隙加载微带天线优化设计和仿真  56-58
  4.6 双频小型化微带天线优化设计  58-61
    4.6.1 基于神经网络实现双频小型化微带天线模拟  58-59
    4.6.2 基于遗传算法的双频小型化微带天线优化设计和仿真  59-61
  4.7 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-69
致谢  69-70
个人简历  70

应急通信终端天线的设计与优化

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