發(fā)布時(shí)間：2020-11-20 19:11

　　 特征模理論(CMT)具有清晰的物理概念,能夠描述各種形狀的天線及散射體的諧振特性,從本質(zhì)上對(duì)天線的輻射機(jī)理進(jìn)行合理地解釋,便于理解和指導(dǎo)工程設(shè)計(jì),因此自其提出以來(lái)便在天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域備受關(guān)注。特征模式是存在于物體的一種固有屬性,而與任何外在激勵(lì)無(wú)關(guān),其特征模式電流在源區(qū)正交,特征遠(yuǎn)場(chǎng)在無(wú)窮遠(yuǎn)處的球面上正交,根據(jù)其優(yōu)勢(shì)特性,特征模理論可被廣泛應(yīng)用于分析與設(shè)計(jì)各種各樣的天線,本文基于特征模理論分別具體就抗金屬RFID天線、MIMO天線、超表面天線及電抗控制陣列(RCAA)這四類(lèi)天線進(jìn)行了一系列相關(guān)研究。在基于特征模理論的抗金屬RFID天線分析與設(shè)計(jì)方面,本文首先利用特征模理論提出了一種與金屬物體一體化的抗金屬RFID標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)方法。根據(jù)對(duì)金屬物體進(jìn)行特征模式分析(CMA),來(lái)確定待激勵(lì)的特征模式,進(jìn)而確定相應(yīng)的激勵(lì)位置和設(shè)計(jì)環(huán)形耦合激勵(lì)結(jié)構(gòu)。具體設(shè)計(jì)了一款體積很小的陶瓷環(huán)形激勵(lì)結(jié)構(gòu)作為電感性耦合激勵(lì)結(jié)構(gòu)(ICE),放置在金屬物體的特定位置上,能有效激勵(lì)起金屬物體的某些特征模式來(lái)輻射,并同時(shí)完成與芯片的共軛阻抗匹配。針對(duì)車(chē)牌RFID標(biāo)簽天線的上傾波束方向圖需求,利用特征模式電流與電場(chǎng)的正交性,采用一種用特定模式的特征遠(yuǎn)場(chǎng)來(lái)直接合成期望方向圖的方法。通過(guò)選取合適的待激勵(lì)特征模式和激勵(lì)位置,合理設(shè)計(jì)饋電激勵(lì)結(jié)構(gòu),激勵(lì)起所期待特征模式的同時(shí)抑制某些特定的干擾特征模式的產(chǎn)生,最終將金屬車(chē)牌本身設(shè)計(jì)成滿足上傾波束方向圖需求的車(chē)牌RFID標(biāo)簽天線。在基于特征模理論的MIMO天線分析與設(shè)計(jì)方面,本文首先從特征模理論的角度討論了MIMO天線的隔離度和相關(guān)性系數(shù)(ECC)這兩個(gè)重要參數(shù),與特征模式建立了相關(guān)聯(lián)系,并進(jìn)一步將其應(yīng)用到含有?型結(jié)構(gòu)的緊湊型雙端口5GHz MIMO天線的多模式分析中,從特征模式的角度解釋了該天線所具有的低互耦、低相關(guān)性系數(shù)的特性�；�于對(duì)矩形疊層介質(zhì)塊的特征模式分析,分別采用特征模式的兩種不同激勵(lì)方式來(lái)設(shè)計(jì)饋電結(jié)構(gòu),最終設(shè)計(jì)出一款高隔離度、低相關(guān)性系數(shù)的雙端口寬帶介質(zhì)MIMO天線。在基于特征模理論的超表面天線分析與設(shè)計(jì)方面,本文首先將特征模式分析方法應(yīng)用于使用同軸探針直接饋電的雙層結(jié)構(gòu)的貼片型超表面天線,很好地解釋說(shuō)明了其寬帶輻射原理。針對(duì)雙層結(jié)構(gòu)形式的超表面天線剖面較高,加工不太方便的問(wèn)題,利用特征模理論,提出了使用同軸探針直接激勵(lì)的單層結(jié)構(gòu)形式的超表面天線。根據(jù)特征模分析提供的相關(guān)模式信息,選取合適的探針激勵(lì)位置,并采用縫隙加載來(lái)改善阻抗匹配,最終分別設(shè)計(jì)了一款單層寬帶低剖面U型縫隙加載的線極化超表面天線和一款單層寬帶低剖面L型縫隙加載的圓極化超表面天線。其結(jié)構(gòu)和加工都更簡(jiǎn)單,剖面更低,并加工與測(cè)試了相關(guān)天線來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。在基于特征模理論的電抗控制陣列(RCAA)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面,本文首先針對(duì)單一遺傳算法(GA)和粒子群算法(PSO)在進(jìn)行陣列優(yōu)化時(shí)容易陷入早熟收斂的問(wèn)題,充分結(jié)合這兩種算法各自的搜索優(yōu)勢(shì),提出了一種混合GA-PSO算法。經(jīng)過(guò)相關(guān)數(shù)值算例對(duì)比測(cè)試,其無(wú)論是在測(cè)試函數(shù)還是在陣列天線優(yōu)化問(wèn)題中都具有比單一GA或PSO更快的收斂速度和更高的收斂精度。而后利用提出的GA-PSO算法結(jié)合端口特征模理論,對(duì)微帶型RCAA進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),其中以模式權(quán)重系數(shù)(MWC)作為優(yōu)化變量,來(lái)優(yōu)化微帶RCAA陣列的方向圖,實(shí)現(xiàn)了對(duì)其方向圖的波束控制,最后將優(yōu)化得到的電抗加載值代入HFSS進(jìn)行了全波仿真,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的正確性。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN820
【部分圖文】：

其運(yùn)用模式分解的思想，把天線的總的 Q 值用各個(gè)特征模式的 Q 值來(lái)合成求出。(a) (b)圖1-1 兩種典型的耦合激勵(lì)結(jié)構(gòu)[35]。(a) ICE；(b) CCE3）特征模理論在 MIMO 天線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[51-63]。通過(guò)對(duì)地板結(jié)構(gòu)的特征模式分析，確定不同的待激勵(lì)特征模式及激勵(lì)位置和饋電結(jié)構(gòu)，利用特征模式的正交特性，從而達(dá)到降低天線端口隔離度及低方向圖相關(guān)性的設(shè)計(jì)目的。文獻(xiàn)[51]利用特征模式分析，通過(guò)分別激勵(lì)起手機(jī)底盤(pán)的基本模式和底盤(pán)長(zhǎng)邊上的條形金屬帶模式，設(shè)計(jì)了一款覆蓋多個(gè)頻段的高隔離度的 MIMO 天線。利用手機(jī)底盤(pán)的多個(gè)ICE 和 CCE 結(jié)構(gòu)激勵(lì)起不同特征模式或者同種模式的正交組合，設(shè)計(jì)出一款 4 端口的緊湊性 MIMO 天線[56]。文獻(xiàn)[57]提出一種在雙側(cè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多端口 MIMO天線的方法，以仿生昆蟲(chóng)結(jié)構(gòu)為例，如圖 1-2 所示，通過(guò)引入 H 型縫隙作為 ICE結(jié)構(gòu)

的頻率切換。(a) (b)圖1-3 頻率可重構(gòu)的 PIFA 天線[66]。(a) 結(jié)構(gòu)圖；(b)反射系數(shù)圖5）特征模理論在天線形狀綜合中的應(yīng)用[67-69]。特征模理論能提供天線結(jié)構(gòu)固有的輻射屬性，而不依賴饋電結(jié)構(gòu)，因此可在饋電之前將特征模理論與天線形狀綜合結(jié)合在一起設(shè)計(jì)，從而簡(jiǎn)化天線形狀的綜合過(guò)程。文獻(xiàn)[67]結(jié)合特征模理論和遺傳算法對(duì)天線形狀進(jìn)行優(yōu)化，在單模式輻射條件下將以結(jié)構(gòu)的特征值和 Q 值為目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為對(duì)特定矩陣跡的優(yōu)化，從而簡(jiǎn)化計(jì)算。如圖 1-4 所示，在對(duì)原始對(duì)稱結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行優(yōu)化篩選去除后，能保證天線工作在單模式諧振且 Q 值最小，并同時(shí)根據(jù)模式電流?

天線形狀優(yōu)化
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1 朱曉勝;特征模對(duì)環(huán)的刻劃[J];數(shù)學(xué)學(xué)報(bào);1996年06期

2 趙俊峰;;特征模法分析不同形狀的貼片天線[J];大眾科技;2012年08期

3 王輝;楊雪松;;特征模在超寬帶和多輸入多輸出天線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào);2012年05期

4 朱曉勝;ZIF環(huán)與特征模[J];河海大學(xué)學(xué)報(bào);1996年04期

5 于琪;陳益凱;楊仕文;;基于特征模理論的低剖面MIMO立方體天線[J];南京信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2019年01期

6 劉云輝;楊宇航;;多輸入多輸出系統(tǒng)特征模發(fā)射最小化誤碼率優(yōu)化功率分配[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2006年03期

7 劉曉瑜;黎光明;張敏強(qiáng);竇麗霞;;城鄉(xiāng)小學(xué)校長(zhǎng)勝任特征初探[J];中小學(xué)管理;2008年12期

8 余多慰,柯惟中,張錫然;鯡精DNA纖維水合狀態(tài)的拉曼分析[J];光散射學(xué)報(bào);1997年01期

9 孔敏;陳思寶;趙海峰;羅斌;;結(jié)構(gòu)圖的譜分解及聚類(lèi)研究[J];模式識(shí)別與人工智能;2006年05期

10 朱曉勝;Noether環(huán)的幾點(diǎn)注記[J];數(shù)學(xué)研究與評(píng)論;1998年03期

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3 楊浩;變系數(shù)光波導(dǎo)中特征模求解及其在傳播計(jì)算中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2017年

4 嚴(yán)忠民;小型化超寬帶天線及其陣列設(shè)計(jì)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

5 王官杰;波在無(wú)界波導(dǎo)中傳播的高精度快速計(jì)算[D];浙江大學(xué);2015年

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2 郝術(shù)苗;特征模理論在圓極化天線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[D];哈爾濱工程大學(xué);2017年

3 呂愛(ài)波（Lyu Aibo）;基于特征模理論的高隔離度MIMO天線的設(shè)計(jì)[D];西安電子科技大學(xué);2017年

4 付蓉;基于特征模理論的寬帶天線設(shè)計(jì)[D];西安電子科技大學(xué);2017年

5 黃文星;特征模展開(kāi)方法應(yīng)用于聲波導(dǎo)計(jì)算的有效性研究[D];浙江大學(xué);2010年

6 王曉;特征模理論及其在UWB MIMO天線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[D];電子科技大學(xué);2017年

7 曾慧靈;寬帶多模天線設(shè)計(jì)研究[D];電子科技大學(xué);2017年

8 王輝;緊湊型超寬帶多天線的設(shè)計(jì)與理論分析[D];電子科技大學(xué);2014年

9 馮月一;基于特征的飛機(jī)復(fù)雜零件變型設(shè)計(jì)技術(shù)研究[D];沈陽(yáng)理工大學(xué);2015年

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本文編號(hào)：2891863