EBG结构优化设计及在微带天线阵列去耦中的应用

摘要

微带天线及其阵列已经被广泛的应用在各种通信和雷达系统中,因其具有低剖面、重量轻、体积小、便于与其他有源器件和电路集成等优点。但是在实际应用中,微带天线及其阵列容易激励起表面波,这就使得阵列阵元之间的互耦增大,导致微带天线及其阵列的辐射效率和增益降低。近年来,电磁带隙(EBG)结构因其本身具有禁带特性和同相反射的卓越性能,应用在微带天线及其阵列领域可以降低微带天线阵列阵元之间的互耦,有效的改善天线的辐射性能,增加增益,在很大程度上改善了天线的性能,可以满足现代无线通信技术对于高性能天线的要求。本文就EBG结构优化设计方法和EBG结构在微带天线阵列去耦中的应用进行了讨论研究。
　　本文的主要研究工作归纳如下:
　　(1)为了解决复杂的电磁模型优化设计问题,提出了一种新颖的基于粒子群优化算法和IE3D电磁仿真软件的设计方法,并对整个优化架构进行了介绍。针对目前电磁软件IE3D没有优化功能,优化计算时只能通过不断的迭代达到目的,这种迭代会耗费大量的时间并且不能优化复杂的电磁模型。本文以MATLAB软件为基础,将IE3D电磁仿真软件与PSO算法相结合,对微带矩形贴片天线和E型天线进行优化设计,仿真优化表明该方法可行,能有效的缩短优化周期,且在优化过程中无需人为干涉。
　　(2)优化设计了共面的电磁带隙结构(Uniplanar Compact EBG,UC-EBG)。以UC-EBG结构为原型,通过优化UC-EBG结构的周期、长、开槽宽度、枝节长度,成功的将PSO/IE3D应用到UC-EBG结构的设计中,仿真结果表明优化后的UC-EBG结构带隙范围为1.11～4.62GHz,阻带宽度为3.51GHz,且在整个阻带宽度内具有很好的带隙深度,设计的UC-EBG结构可以广泛的应用于微带天线及其阵列中。
　　(3)介绍了微带天线阵列的数学分析方法、天线阵列中的互耦的定义、产生及互耦的分析方法等,将前面优化设计的UC-EBG结构应用到矩形微带天线和微带阵列天线去耦中。仿真结果表明UC-EBG结构有效的抑制了天线阵列中传播的表面波,降低了天线阵列的互耦和后向辐射,提高了辐射效率,改善了天线阵列的性能。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2课题的国内外研究现状

1.3课题研究内容及主要内容

第2章 天线设计中的优化方法

2.1引言

2.2 PSO算法描述

2.3 PSO/IE3D设计方法

2.4 微带天线的优化设计

2.5 本章小结

第三章 EBG结构优化设计

3.1 引言

3.2 EBG结构的概念

3.3 EBG结构的基础理论

3.4 两种典型的电磁带隙结构

3.5 电磁带隙结构的测量

3.6 ISPSO/IE3D法在电磁带隙结构优化设计中的应用

3.7 本章小结

第四章 EBG结构在微带阵列去耦中的应用

4.1 引言

4.2 天线阵列的数学分析

4.3 天线阵列中的互耦

4.4 EBG结构在微带天线中的应用

4.5 EBG结构在微带天线阵中去耦的应用研究

4.6 结论

结论与展望

参考文献

攻读硕士研究生期间发表的论文

致谢