[发明专利]一种基于差分进化的天线设计方法及新型弯折线天线

说明书

本发明提供一种基于差分进化的天线设计方法及新型弯折线天线，所述方法包括确定弯折线天线的设计指标；根据设计指标，构建弯折线天线优化模型；采用差分进化算法求解所述优化模型，并利用电磁仿真软件进行联合仿真，从而评估不同形状的弯折线天线的性能，最终搜索得到满足所述设计指标的新型弯折线天线。所述新型弯折线天线包括由7段弯曲线组成的辐射器、金属杯状的反射器、以及同轴馈电。本发明的有益效果：将天线增益、轴比和驻波比的方差和作为优化目标，提高了弯折线天线的鲁棒性及工作带宽，采用差分进化算法和电磁仿真软件联合仿真，极大摆脱了对于设计者经验的依赖性。

技术领域

本发明涉及弯折线天线设计领域，尤其涉及一种基于差分进化的天线设计方法及新型弯折线天线。

背景技术

弯曲折线天线是一款常见的小天线，由于其结构简单、造价经济而获得了广泛的应用。弯折线结构兼具有增加天线的有效电长度、减小天线尺寸和展宽频带的作用，同时具有多频带、带宽、低剖面和可集成等优良特性，几乎可以实现与分形天线相同的电性能，因此在无线通信领域中应用极为广泛。

在实际工程应用中，提高弯折线天线的鲁棒性能和带宽设计十分重要，是衡量产品性能的重要指标，在以往的弯折线天线设计中，通常是计算出一个结果然后再去实测验证其性能，在这种情况下往往有些结果能够满足要求，而另一些结果则和仿真结果相差很大，只能作为失败的设计处理。目前，弯折线结构天线设计对于产品的综合性能也同样存在考虑不周的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于差分进化的天线设计方法及新型弯折线天线，将增强天线鲁棒性和带宽的技术应用到天线设计中，然后采用差分进化算法和电磁仿真软件Ansys HFSS来联合仿真，从而搜索天线最优结构，得到符合设计指标的新型弯折线天线，极大摆脱了对于设计者经验的依赖性。

本发明提供一种基于差分进化的天线设计方法，包括以下步骤：

确定弯折线天线的设计指标；

根据所述设计指标，构建弯折线天线优化模型，所述优化模型将天线增益、天线轴比、以及天线驻波比的方差和作为优化目标；

采用差分进化算法求解所述优化模型，并利用电磁仿真软件进行联合仿真，从而评估不同形状的弯折线天线的性能，最终搜索得到满足所述设计指标的新型弯折线天线。

进一步地，所述设计指标包括弯折线天线的工作频带范围f₁≤freq≤f₂，阻抗大小Z₀，驻波比VSWR≤S₀，增益范围Gain≥g₀，天线方位角范围φ₁≤φ≤φ₂，天线俯仰角范围θ₁≤θ≤θ₂，其中，f₁、f₂分别表示工作频带的最小值、最大值，S₀表示驻波比的最大值，g₀表示增益的最小值，φ₁、φ₂表示方位角最小值、最大值，θ₁、θ₂表示俯仰角最小值、最大值。

进一步地，所述优化模型为：

使得

其中，表示优化变量，所述优化变量为天线辐射单元的坐标表示，并根据天线尺寸确定优化变量的解空间；俯仰角范围φ₁≤φ≤φ₂、θ₁≤θ≤θ₂，频带范围f₁≤freq≤f₂，