基于遗传算法的中短波磁天线的设计及实现

论文摘要

随着通信技术的不断进步,接收机的尺寸变得越来越小,天线作为接收机中最重要的部件之一,其尺寸问题成为了制约系统进一步小型化的瓶颈之一；中短波通信是舰船在海上主要的通信手段之一,而且美国的导航系统罗兰C也是工作在中短波频段内的,因此中短波接收机的天线小型化问题一直是学者们研究和关注的热点。本课题的主要工作就是研究中短波接收机的天线小型化技术和其实现形式,对两种不同类型的天线进行研究和设计,针对两种天线的特点分别采用了不同的分析设计方法,磁棒天线的设计采用了遗传算法与天线理论结合的方法,中短波弯折线天线的设计则用的是以有限积分法为原理的电磁仿真技术。论文首先从磁棒天线的模型出发,研究了磁棒天线的电路特性、辐射特性,结合遗传算法对中短波磁棒天线的结构进行优化设计,对不同的设计要求,采用了不同的适应度函数,针对中短波接收机的特点,最后选择天线的折合有效高度作为适应度函数,得到磁棒天线的铁心的型号和线圈的参数,并为优化后的天线结构设计了谐振回路,并针对磁棒天线的输出信号较低的缺点,根据最小噪声设计原则,采用BJT管设计了天线的低噪声放大电路,用来增加天线的输入功率,增大天线的增益,并减小器件的噪声影响,提高辐射言号的质量,然后通过ADS软件对低噪声放大电路的指标进行了仿真设计,仿真结果表明,放大电路的输入输出阻抗与50欧姆阻抗匹配,增益为28.7dB,噪声系数为1.164,放大器的性能良好。论文还给出了一种全向磁天线的设计方案,并对其中的关键电路——90度移相器进行了设计并采用ADS软件进行了仿真验证。最后,论文针对磁棒天线的辐射效率低的缺点,利用基于有限积分法的电磁仿真软件CST设计了一种能工作在中短波频段的弯折线天线,论文设计的尺寸较大的天线在中短波频段具有两个谐振点,且第一谐振点的谐振频率为13.5MHz,带宽为0.58MHz,水平面全向辐射,增益为-2.6dBi。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 天线的国内外研究现状
• 1.2.1 天线小型化技术的发展
• 1.2.2 磁天线的国内外研究现状
• 1.3 论文主要研究工作及内容安排
• 第2章 计算电磁学理论研究
• 2.1 计算电磁学的基本方法
• 2.1.1 解析法
• 2.1.2 近似解析法
• 2.1.3 数值分析法
• 2.2 有限积分法基本原理
• 2.2.1 Maxwell积分方程
• 2.2.2 Maxwell积分方程的离散化
• 2.2.3 Maxwell方程的时域求解
• 2.2.4 Courant稳定性条件
• 2.2.5 吸收边界条件
• 2.2.6 数值色散
• 2.2.7 激励源
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于遗传算法的磁棒天线优化设计
• 3.1 中短波天线概述
• 3.2 磁天线基本理论
• 3.2.1 磁天线辐射场的推导
• 3.2.2 天线设计的主要参数
• 3.3 遗传算法基本理论
• 3.3.1 遗传算法概述
• 3.3.2 遗传算法的设计流程
• 3.4 基于遗传算法的磁天线参数的优化设计
• 3.4.1 遗传算法数学模型的建立
• 3.4.2 编码
• 3.4.3 适应度函数选择
• 3.4.4 进化
• 3.5 仿真分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 有源磁天线的设计
• 4.1 磁天线的谐振回路
• 4.2 低噪声放大器的设计
• 4.2.1 干扰与噪声
• 4.2.2 低噪声放大器设计指标
• 4.2.3 放大器电路设计
• 4.3 一种全向磁天线的设计
• 4.3.1 磁棒天线全向辐射的理论分析
• 4.3.2 移相网络设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 中短波天线小型化新技术的研究
• 5.1 CST微波工作室
• 5.2 中短波弯折线天线的设计
• 5.2.1 弯折线天线的基本理论
• 5.2.2 中短波弯折线天线的设计
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科技成果
• 致谢