[发明专利]一种基于遗传算法的车载PIFA天线设计方法及其天线

说明书

一种基于遗传算法的车载PIFA天线设计方法及其天线，通过改变天线的辐射单元的结构并结合改进的遗传算法实现多频带。其中遗传算法的改进体现在编码方式、初始化种群的方法以及适应度的选取；编码方式上更容易表示辐射单元的结构；初始化种群的方法考虑到了设计天线的通识，又可以极大缩短运算时间；适应度也是针对天线的目标结果进行合适的选取。采用在辐射单元上开各种槽的方式，结合遗传算法进行结构优化，用多缝隙法实现多频带。工作的频段覆盖了2.4‑2.484GHz和4.8‑5GHz。天线在两个频带的带宽分别是0.05GHz和0.4GHz，具有小型化，水平全向辐射，便于和其他的微波器件集成的优点。而且此天线使用的遗传算法可以运用于其他天线的设计，具有可拓展和可优化的特点。

技术领域

本发明属于5G和天线技术领域，特别涉及车载PIFA天线，可应用于无线电通信、无线能量传输等领域。

背景技术

新能源汽车的高速发展，使得汽车不仅仅是简单的交通工具，而且是集影音、娱乐、自动驾驶于一体的产物，这些智能化、娱乐化、家居化的产品大大提高了驾乘司机及乘客的出行体验，并一定程度上提高了出行安全。这些影音娱乐安全的体验可以通过不同频段的天线集成达成，以满足人们精神追求。

无线电服务和移动通信是汽车中天线模块的主要组成部分。汽车天线模块的体积日益减小，但是要求其处理和传播信息的能力不变或者有所提高。因此对天线设计的要求日益提升，天线小型化发展成为天线发展的方向。但是天线尺寸的缩小往往会带来效率和带宽上的损耗。因此，设计出一款应用在5G频段的，小型化的高效的车载天线是急需解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明的目的之一，提供一种基于遗传算法的车载PIFA天线的设计方法。不同于直接对天线设计并优化，本发明利用了遗传算法对天线辐射单元的开槽情况进行设计，并利用HFSS软件对参数扫描分析，探究缝隙的尺寸参数对天线性能的影响，优化参数。

本发明的目的之二，采用上述设计方法所得到的本发明车载PIFA天线，具有小型化，低成本等优点，工作频段覆盖车载WLAN和5G通信频段覆盖了2.4-2.484GHz和4.8-5GHz。天线的尺寸小，仅为10mm×15mm×8mm。

本发明技术方案如下。

一种基于遗传算法的车载PIFA天线的设计方法，步骤包括：

步骤1，通过建模得到基础的PIFA天线构造；所述天线为立体结构，包括辐射单元、金属短路片、同轴馈线和接地平面；其中所述辐射单元边缘和接地平面平行，所述金属短路片连接辐射单元边缘和接地平面，通过所述同轴馈线穿过接地平面进行馈电。

步骤2，通过改变步骤1中天线的辐射单元的结构来实现多频化：采用在辐射单元上开各种槽的方式，结合遗传算法进行结构优化，用多缝隙法实现多频带。

所述步骤2，利用遗传算法进行天线结构优化，在编码方式、初始化种群和计算适应度上做出改进：

首先，编码方式采用二进制编码，将基因序列用二进制字符串或二进制数组来表示；在PIFA天线上对辐射单元开不同的槽产生多个工作频带，PIFA表面的结构作为遗传算法中染色体上的基因。将PIFA天线的表面辐射单元分割成多个小方格，每个小方格的值是“1”或“0”；当小方格的值是“1”时代表这个位置是有金属，反之“0”代表这个位置需要开孔；用一个二维数组代表PIFA天线辐射单元的结构，即对应着不同的PIFA天线；