[发明专利]一种同轴馈电天线的设计方法

说明书

本发明涉及一种同轴馈电天线的设计方法，包括以下步骤：构建同轴馈电的数学优化模型步骤：由制造天线的材质得出介电常数及介质层的高度，设置中心频率，通过天线尺寸的计算公式构建适应度函数；粒子群算法优化步骤：粒子群算法结合蚁群算法进行优化计算，设定粒子群数目、迭代次数，输入进行优化运算得到最终每个粒子的长度、宽度与馈电位置；微天线设计步骤：在HFSS软件中利用所述最终每个粒子的长度、宽度与馈电位置进行微带天线设计，实现了天线结构参数的自动化设计，谐振频率可以与中心频率高度吻合。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及在天线设计中，涉及一种材料特性测试设备，特别涉及一种同轴馈电天线的设计方法。

背景技术

群体智能算法作为由仿生学演化而来的一类新型优化算法，在越来越多的工程领域得到了广泛的应用。群体智能主要体现在群居生物相互合作的行为上，研究人员对其中的规律进行观察和研究之后，总结其实现的原理并以此来设计出求解某些问题的算法，这就是近些年来在智能计算领域中非常热门的群体智能算法。群体智能算法由于其方便实用，近些年来得到了广泛的发展和应用，其中以粒子群算法和蚁群算法的应用最为广泛。

本发明以微带天线的设计为例，详细介绍其设计方法和实现原理。微带天线是在一块厚度远小于工作波长的介质基片的一面敷以金属辐射片、一面全部敷以金属薄层作接地板而成；辐射片可以根据不同的要求设计成各种形状。微带天线具有质量轻、体积小和易于制造等优点，现如今，它已经广泛应用于无线通信中。

现有的设计方法中，研究人员往往是通过数值计算得到天线参数，用软件进行仿真，微调参数的取值从而实现最优性能，这样工作量大，并且容易出现性能不佳等状况。将群体智能算法运用在天线设计领域，既能简化天线设计的繁琐演算和仿真流程，同时也能够大幅度地节约时间和资金成本。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种同轴馈电天线的设计方法，通过数值计算和参数微调达到性能最优，解决谐振频率与中心频率高度匹配工作量大，浪费时间与资金等缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种同轴馈电天线的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

构建同轴馈电的数学优化模型步骤：由制造天线的材质得出介电常数及介质层的高度，并设置中心频率；

微天线尺寸估算步骤：利用所述介电常数、介质层的高度及中心频率估算得到每个粒子的长度、宽度与馈电位置；

粒子群算法优化步骤：粒子群算法结合蚁群算法进行优化计算，设定粒子群数目、迭代次数，输入进行优化运算得到最终每个粒子的长度、宽度与馈电位置；

微天线设计步骤：在HFSS软件中利用所述最终每个粒子的长度、宽度与馈电位置进行微带天线设计。

优选的，所述制造天线的材质为FR4环氧树脂，所述介电常数、介质层的高度及中心频率分别为h＝1.6mm、ε_r＝4.4、freq＝2.45Ghz。

优选的，所述同轴馈电天线馈电端口使用集总端口激励，端口平面设置为集总端口激励，端口阻抗设置为50Ω。

优选的，微天线尺寸的计算按照以下方式进行：

微带贴片的宽度：

考虑到边缘缩短效应，微带贴片的长度：

其中：

输入阻抗：

由于G₁₂＜＜G₁，故G₁₂能够忽略不计。