阵列天线设计与仿真
《移动通信多频阵列天线设计与阵列优化》范文
《移动通信多频阵列天线设计与阵列优化》篇一一、引言随着移动通信技术的快速发展，用户对无线通信系统的性能和可靠性提出了更高的要求。
移动通信多频阵列天线是无线通信系统中至关重要的部分，它对系统性能和用户体验产生深远的影响。
因此，本论文旨在研究移动通信多频阵列天线的优化设计，以提高其性能和可靠性。
二、多频阵列天线设计1. 需求分析在设计多频阵列天线时，首先需要明确其应用场景和需求。
这些需求包括工作频率、增益、极化方式、波束宽度等。
针对不同的需求，设计出不同的阵列结构和天线单元。
2. 阵列结构选择多频阵列天线的阵列结构是影响其性能的关键因素。
常见的阵列结构包括线阵、面阵等。
选择适当的阵列结构，可以有效地提高天线的增益和波束指向性。
3. 天线单元设计天线单元是多频阵列天线的基本组成部分。
根据应用需求和阵列结构，设计出不同形状和尺寸的天线单元。
同时，要保证天线单元在多个频率上具有良好的性能。
三、阵列优化方法1. 遗传算法遗传算法是一种优化算法，通过模拟自然进化过程，对多频阵列天线的阵元位置、相位差等参数进行优化。
这种方法可以有效地提高天线的性能和可靠性。
2. 神经网络算法神经网络算法是一种机器学习方法，可以用于预测和优化多频阵列天线的性能。
通过训练神经网络模型，可以找到最优的阵列结构和参数组合，从而提高天线的性能。
四、实验与结果分析为了验证所设计的多频阵列天线的性能和优化效果，我们进行了实验测试和分析。
首先，我们设计了不同结构的天线单元和阵列结构，然后通过仿真和实测的方式对天线的性能进行了评估。
实验结果表明，经过优化的多频阵列天线在多个频率上具有较高的增益和良好的波束指向性。
同时，我们还对遗传算法和神经网络算法的优化效果进行了比较，发现这两种方法都可以有效地提高天线的性能和可靠性。
五、结论与展望本论文研究了移动通信多频阵列天线的优化设计，通过选择适当的阵列结构和天线单元，以及采用遗传算法和神经网络算法等优化方法，提高了天线的性能和可靠性。
S波段圆柱波导缝隙阵列天线设计
S波段圆柱波导缝隙阵列天线设计摘要：本文介绍了S波段圆柱波导缝隙阵组成的圆形阵列天线设计,通过底部馈源的馈电，经圆柱波导壁隙缝阵辐射，实现水平极化和全向特性。
利用Ansoft HFSS仿真设计并加工试验，实测结果与仿真结果吻合较好。
对于实际生产中性能超差的阵列天线采用加载阻抗匹配环的方法进行性能优化，使该阵列天线性能达到最优。
测试表明，该阵列天线的驻波≤2.5，相对带宽10%，Ｈ面全向最大增益为5.0dBi，垂直面波束宽度≥40。
关键词：缝隙；极化；全向；阵列0引言全向天线广泛应用于的军事、通信、广播等领域。
全向天线的极化形式有水平极化、垂直极化和圆极化，垂直极化近似电偶极子的辐射，水平极化近似磁偶极子的辐射。
本文介绍的水平极化全向天线是一种圆柱波导缝隙天线组成圆形阵列，该阵列天线结构简单，易于加工，可应用于S频段通信系统。
1 圆形阵列天线原理均匀圆形阵列（UCA）的辐射单元是等间距均匀分布于圆的外围且等幅同相激励，远场坐标用（）表示，如图1所示，圆形阵列辐射函数是在单元因子与阵列因子的共同作用下产生，见图2，其相应的方位面内远场表达式（1）为：本文介绍的是S波段波导缝隙天线共形阵，极化方式为水平极化。
圆柱波导上的缝隙阵结构如图4所示，其中r为圆柱形空腔内半径，d0为双层铅锤缝隙的间距，d1为第一层缝隙中心与地板的间距。
本阵列天线使用二级过渡匹配柱作为馈源对缝隙阵列馈电，由单元缝隙组成的圆形阵列天线在阵中均匀分布7个缝隙，分上下两层，缝隙的纵向间距相同。
为了有效形成全向性方向图，在每个缝隙旁附加一个耦合探针，通过探针耦合能够有效产生一个水平面全向的方向图。
为了提高天线的不圆度，探针位置在纵向上交错分布，即第一行探针在缝隙的左边，第二行在缝隙的右边，且耦合探针位于缝隙中心处[3]。
3 仿真结果及分析利用高频仿真软件HFSS建立仿真结构图（见图5），并进行仿真计算，天线的各项参数设置为：圆柱形空腔的内径2a=1.1λ0，单元缝纵向间距d0为0.7λ0，横向缝隙在圆周上数量s为7，销钉直径为0.02λ0，销钉长度为λ0/4，缝隙宽度为2mm，缝隙长度为0.5λ0，缝隙中心与地板间距d1为0.75λ0。
超宽带Vivaldi天线单元及阵列设计
第11期 肀螬f SM 龛找*f MVol .15N o.il2020 年 11 月Journal of CAEIT Nov . 2020doi ： 10. 3969/j . issn . 1673-5692. 2020. 11.006超宽带Vivaldi 天线单元及阵列设计史信荣、史劼2,熊洋洋\柯进、罗旭东1(1.广东省计量科学研究院广东省现代几何与力学计量技术重点实验室，广东广州51〇4〇5;2.中国工业互联网研究院，北京100110)摘要：文中设计了一种新型超宽带平衡对跖Vivaldi 天线单元和阵列。
研究分析了主要结构参数 对天线性能的影响，通过增加金属隔板、接地柱、减小天线剖面高度等方式，将天线单元的阻抗带宽由1.7个倍频程提升至5个倍频程。
该新型天线单元具有阻抗带宽较宽、结构尺寸小的特点，是一 种较为理想的超宽带阵列天线单元。
在单元优化的基础上，文中对8 x 8的超宽带天线阵列性能进 行了研究，结果表明该天线阵列具有良好的阻抗带宽和辐射性能。
关键词：超宽带；Vivaldi 天线；平衡对跖中图分类号:TN 98文献标志码：A文章编号：1673-5692(2020) 11-10654)5Design of Ultra-Wideband Wide-angle Scanning VivaldiAntenna and ArraySHI Xin-rong 1 , SHI Jie 2 , XIONG Yang -yang 1 ,KE Jin ' , LUO Xu -dong 1(1. Guangdong Institute of Metrology , Guangdong Provincial Key Laboratory of Modem Geometric and MechanicalMetrology Technology , Guangzhou 510405 ,China ；2. China Academy of Industrial Internet , Beijing 100036,China )Abstract ： A novel ultra-wideband (UWB ) balanced antipodal Vivaldi antenna element and array withwide-angle scanning is designed . The influence of the main structural parameters on the antenna perform ance is analyzed . The impedance bandwidth of the antenna element is improved from 1. 7 octaves to 5 oc taves by adding metallic partitions , metallic poles and reducing the height of the antenna . The novel an tenna element not only has a wide impedance bandwidth , but also a smaller structure size . The length and width of the antenna element is only half of the wavelength corresponding to the highest frequency . It is an ideal UWB wide-angle scanning array antenna element . On the basis of element optimization , the performance of 8 x 8 UWB array is studied . The results show that the aiTay has a wide impedance band width and good radiation performance .Key words ： ultra-wideband (UWB ) ； vivaldi antenna ； balanced antipodal〇引言阵列天线具有快速扫描、波束形状捷变、空间功 率合成的能力，广泛应用在卫星通信、遥感遥测等领域。
超材料与透射阵列天线的研究与设计
摘要超材料天线是近年来电磁学领域新颖的研究，以其独特的多频带、宽带、小型化、高增益特性受到了学者们的广泛关注。
透射阵列天线是一种新型的阵列天线设计，有着出色的高增益辐射性能以及设计制造的灵活性，近年来一直是专家学者们研究的重点。
本文首先从超材料天线与透射阵列天线的发展历史以及研究现状分析了这两种天线的特点与研究趋势，并研究了复合左右手传输线式超材料(Composite Right/Left Handed transmission-line,CRLH-TL)的工作频带特性以及透射阵列天线的工作与设计原理。
接着设计了四款宽带高增益天线，每一种天线都有其各自的特点。
本文主要完成以下工作：(1)设计了一款工作于5.4-8.2GHz的宽带高增益蘑菇型CRLH-TL天线。
基于CRLH-TL的多频特性以及基片集成波导(Substrate integrated waveguide,SIW)的原理，在宽带多频的蘑菇型CRLH-TL型天线基础上引入了基片集成波导腔体，扩宽了天线的阻抗带宽并提高了天线增益。
该天线实现了实测5.4-8.2GHz工作频带内最高9.5dBi的增益，其实测结果与仿真较为吻合，验证了该设计的出色性能。
(2)基于透射阵列天线工作原理，设计了一款工作于16GHz的单频透射阵列天线和工作于16GHz、27GHz的双频透射阵列天线。
两种三层纯金属透射阵单元皆具有宽频率通带、低透射损耗特性且均能在工作频段实现360度相位调控。
基于两种单元进行了透射阵列天线的设计。
双频透射阵列天线在16GHz、27GHz分别实现了27.8dBi、26.9dBi 的仿真增益，对应口径效率分别为78%、22%，具有极好的双频高增益性能；另一种单频透射阵列天线经加工测试在16GHz取得了26.9dBi增益与64%口径效率，并取得了14%的1dB增益带宽以及低于-45dB的交叉极化电平。
该设计的测试与仿真结果基本吻合，验证了该设计的可行性与出色性能。
天线布局：利用FEKO仿真的解决方案
天线布局：利用FEKO仿真的解决方案Altair/FEKOFEKO助力大量工业领域的OEM厂商及其供应商解决其在产品设计、分析和测试验证过程中遇到的EMC问题。
通过使用FEKO等仿真工具，减少了试制样品的数量和测试的次数，将传统的以测试驱动的开发流程转变为以仿真驱动设计。
FEKO在EMC/EMI领域的重要应用包括了电磁辐射、电磁抗干扰、雷电效应、高强度辐射场（HIRF）、电磁脉冲（EMP）、电磁屏蔽、电磁辐射危害以及天线耦合等。
天线布局在自由空间中进行天线仿真时，有多种技术可选。
在实际应用中，这样的天线被安装在实体结构上，严重影响天线的自由空间辐射特性。
对于安装在大型平台上的天线，测量其辐射特性非常困难，有时甚至无法测量。
因此，进行精确仿真的挑战是，天线与大型电子环境的交互。
多年来，FEKO 在天线布局方面已经赢得良好声誉，成为车辆、飞机、卫星、轮船、蜂窝基站、塔、建筑及其他地点的天线布局的标准EM 仿真工具。
MLFMM 和FEKO 中的渐进求解器（PO、RL-GO 和UTD）以及模型分解共同作用，使FEKO 成为解决大型或超大型电子平台上天线布局和共址干扰问题的理想工具。
战斗机和轮船上的天线布局（表面电流如图显示）FEKO仿真基于平台上多天线间的隔离度问题（图1）是FEKO最擅长处理的问题之一。
该飞机模型是EMC计算电磁学（CEMEMC）专题研讨会上展示的一个测试模型，属于EV55（属于HIRF-SE FP7 EU项目，EVEKTOR，spol.s r.o.和HIRF SE联盟拥有其版权）的变形版本。
用户只需要根据求解问题的类型、电尺寸大小和复杂度等来选择FEKO中的一种求解器进行计算。
FEKO中快速计算天线间互耦的一种方法是通过S参数，用户可以在不重复启动求解器的情况下通过一次计算可视化显示天线负载的变化对天线间耦合的影响，直观显示大量天线端口的耦合并绘制共址干扰矩阵来识别和分析耦合强度的等级。
手把手教你天线设计——用MATLAB仿真天线方向图
手把手教你天线设计——用MATLAB仿真天线方向图吴正琳天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。
在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。
无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。
此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。
一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。
同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。
这就是天线的互易定理。
天线的基本单元就是单元天线。
1、单元天线对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。
两臂长度相等的振子叫做对称振子。
每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。
对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。
两臂长度相等的振子叫做对称振子。
每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。
1.1用MATLAB画半波振子天线方向图主要是说明一下以下几点：1、在Matlab中的极坐标画图的方法：polar(theta,rho,LineSpec)；theta：极坐标坐标系0-2*pirho：满足极坐标的方程LineSpec：画出线的颜色2、在方向图的过程中如果rho不用abs(f)，在polar中只能画出正值。
也就是说这时的方向图只剩下一半。
3、半波振子天线方向图归一化方程：Matlab程序：clear alllam=1000;%波长k=2*pi./lam;L=lam/4;%天线臂长theta=0:pi/100:2*pi;f1=1./(1-cos(k*L));f2=(cos(k*L*cos(theta))-cos(k*L))./sin(theta);rho=f1*f2;polar(theta,abs(rho),'b');%极坐标系画图2、线性阵列天线2.1方向图乘积定理阵中第i 个天线单元在远区产生的电场强度为：2(,)ij i i i i ie E K If r πλθϕ-=式中，i K 为第i 个天线单元辐射场强的比例常数，i r 为第i 个天线单元至观察点的距离，(,)i f θϕ为第i 个天线单元的方向图函数，i I 为第i 个天线单元的激励电流，可以表示成为：Bji i i I a e φ-∆=式中，i a 为幅度加权系数，B φ∆为等间距线阵中，相邻单元之间的馈电相位差，亦称阵内相移值。
波导缝隙天线的设计仿真方案详细教程
波导缝隙天线的设计仿真方案详细教程1. 引言波导缝隙阵列天线口径幅度易于控制，具有辐射效率高，方向性强，结构紧凑等特点，而且容易实现低副瓣乃至极低副瓣，因此在雷达和通信领域有着广泛的应用。
高频仿真软件HFSS在电磁仿真领域有着广泛的应用，有着高仿真精度、高稳定性的特点。
使用HFSS 的3D建模功能，可以很容易解决简单的模型创建问题，但是对于复杂天线结构模型的建立，没有特别有效的方法，使得建模过程十分繁琐耗时，而且容易出错。
利用HFSS 提供的VBScript脚本功能，可以对软件进行二次开发，以VBScript作为接口，利用Matlab调用HFSS协同建模仿真，可以简化模型建立的操作，节约设计时间。
本文提出了一套波导缝隙天线的快速建模方法，设计了一个波导宽边裂缝阵列天线。
并以此波导缝隙天线为例，应用Matlab协同HFSS建立模型仿真，对仿真结果进行了分析。
2.基本理论波导缝隙天线是在波导宽壁或窄壁上开缝的天线，波导中传输的电磁波可以通过缝隙向外界进行辐射。
通常有宽边偏置缝、宽边倾斜缝、窄边倾斜缝隙这几种开缝形式。
根据波导终端的形式不同，波导缝隙阵天线可以分为行波阵和驻波阵。
行波阵的波导终端接吸收负载，单元间距稍大或稍小于g /2 ，驻波阵在距离终端g /4 处接短路滑块，单元间距均为g /2 ，本文设计的就是一个波导驻波阵天线。
2.1 波导缝隙天线理论分析波导上的辐射缝隙向外界辐射能量，引起波导负载的变化，应用传输线理论分析波导的工作状态比较方便，将相应的缝隙等效成与传输线串联的阻抗或并联的导纳，再建立对应的等效电路模型，进而可以求出各个缝隙的等效阻抗或导纳。
Stevenson 等效电路法，就是根据传输线理论和波导模的格林函数导出矩形波导缝隙的计算公式。
图1所示为波导宽边纵向偏置缝隙及其等效电路。
归一化等效谐振电导为：。
大型阵列天线的等效仿真计算
大型阵列天线的等效仿真计算Equivalent Source Simulation Method ForLarge-scale Antenna Array于嘉嵬周成哲(成都中电锦江、成都、610051)摘要: 阵列天线的仿真是典型的电大尺寸问题。
由于规模大，如果采用全波方法计算时间长，需要大量的计算资源。
Altair公司的FEKO软件的等效源技术可快速、精确计算阵列天线。
本文介绍了此方法在一大型阵列天线仿真中的应用。
关键词:阵列天线FEKO等效源技术Abstract:The simulation of antenna array is electrically large problem typically. Due to the large number of element, the simulation of antenna array usually requires large computational resources. FEKO from Altair provides equivalent source technology which can be used to simulate antenna array fast and accurately. In this paper, one large-scale antenna array is simulated by this method.Key words: Antenna array, FEKO, Equivalent source1 概述阵列天线是由不少于2个天线单元规则或随机排列,并通过适当激励获得预定辐射特性的1类特殊天线.阵列可由各种类型的天线组成,数目可以是2个甚至几十万个.通过选择和优化阵单元的结构形态、排列方式和馈电幅相特性,阵列天线能够实现单个天线难以提供的优异特性,如更高的增益、方位分辨率、系统信噪比等指标,因此在雷达和通信等领域被广泛地应用。