基于粒子群优化算法的超宽带天线设计

发布时间：2017-10-15 09:15

  本文关键词：基于粒子群优化算法的超宽带天线设计

  更多相关文章： 超宽带天线 群智能优化 粒子群优化算法 高频电磁仿真

【摘要】：超宽带通信技术(Ultra-wideband Communications Technology,UCT)的发展已经有100多年的历史,早在1901年马可尼便使用电火花放电生成了超宽带信号。但是遗憾的是,在之后的很长一段时间里,由于器件和算法的缺失,超宽带通信技术的发展几乎处于停滞状态,而且直到20世纪60年代,超宽带通信技术均属于高度机密的军事技术。然而2002年,美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission,FCC)允许超宽带技术民间使用,而且超宽带天线的频谱复用能力强、传输速率高、系统复杂度低、抗多径传输能力强,掀起了商业界和学术界对超宽带通信技术研究的热潮。群智能优化算法(Swarm Intelligence Optimization Algorithm,SIOA)是计算智能的一个重要分支,该算法受自然界生物系统的自组织行为的启发,通过群体的信息交互来完成寻优,广泛应用在机器学习、车间调度和经济预测等领域。近些年,随着人工智能的兴起,涌现出大量的新型群智能算法,比如:遗传算法(Genetic Algorithm,GA)、粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)、蚁群算法(Ant Colony Algorithm,ACA)、免疫算法(Immune Algorithm,IA)、细菌觅食算法(Bacterial Foraging Algorithm,BFA)等。其中,粒子群优化算法由于概念简单、参数设置少、搜素高效等优点,受到广大学者的垂青,先后涌现出一些进化的算法,例如:小生境粒子群优化算法、离散粒子群优化算法、混合粒子群优化算法等。而且在工程设计优化领域、电力系统领域、机器人控制领域和交通运输领域等均得到了广泛地应用。HFSS(High Frequency Simulator Structure)是由美国Ansoft公司研制的高频电磁仿真软件,该软件采用有限元的方法,功能强大,结果准确,是业界公认的空间电磁场设计与分析的行业标准。HFSS软件具有强大的电性能分析能力和后处理能力,能够为天线和天线阵列提供全方位的仿真分析和优化设计,对天线的各种性能,比如:增益、内部电磁场分布、电压驻波比等,均能准确仿真。本文采用粒子群优化算法对超宽带天线进行优化,并与HFSS软件的优化结果进行对比分析,超宽带天线选择同轴馈电矩形微带天线和同轴馈电双频微带天线。研究采用对比分析的方法,先用HFSS软件进行优化,再用粒子群优化算法对该指标进行优化。结果表明:粒子群优化算法具有相对优势。
【关键词】：超宽带天线 群智能优化 粒子群优化算法 高频电磁仿真
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN822.8;TP18
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-21
• 1.1 研究背景及意义13-17
• 1.1.1 超宽带天线研究的意义13-14
• 1.1.2 粒子群优化算法研究的意义14-17
• 1.2 国内外研究现状17-19
• 1.2.1 超宽带天线的研究现状17-18
• 1.2.2 粒子群优化算法的研究现状18-19
• 1.3 论文结构19-21
• 2 天线的基本理论21-36
• 2.1 天线简介21-25
• 2.1.1 天线的基本概念与原理21-22
• 2.1.2 天线的分类22
• 2.1.3 天线的主要参数22-25
• 2.2 几种典型天线的工作原理25-31
• 2.2.1 微带天线25-29
• 2.2.2 喇叭天线29
• 2.2.3 八木天线29-30
• 2.2.4 同轴馈电矩形微带天线模型简述30-31
• 2.3 超宽带天线的技术指标31-36
• 2.3.1 超宽带天线的定义31
• 2.3.2 超宽带天线的技术特点31-32
• 2.3.3 行波天线的时域特性32-33
• 2.3.4 超宽带天线的辐射特性33-34
• 2.3.5 超宽带天线的传输特性34-36
• 3 粒子群优化算法与HFSS36-47
• 3.1 粒子群优化算法36-39
• 3.1.1 PSO算法的原理36
• 3.1.2 PSO算法的数学描述36-37
• 3.1.3 PSO算法的流程37-38
• 3.1.4 PSO算法的参数分析38-39
• 3.2 HFSS软件概述39-45
• 3.2.1 HFSS天线设计流程概述39-41
• 3.2.2 HFSS优化设计流程41-42
• 3.2.3 HFSS优化算法42-45
• 3.3 PSO与HFSS结合优化天线的方案45-47
• 3.3.1 PSO算法的优化策略45
• 3.3.2 HFSS脚本编程控制与修改45-47
• 4 基于粒子群算法的超宽带天线设计47-64
• 4.1 同轴馈电矩形微带天线47-59
• 4.1.1 同轴馈电矩形微带天线设计47-50
• 4.1.2 天线性能分析50-55
• 4.1.3 天线参数分析55-59
• 4.2 同轴馈电双频微带天线59-64
• 4.2.1 同轴馈电双频微带天线设计59-60
• 4.2.2 天线性能分析60-64
• 5 总结与展望64-67
• 5.1 总结64-65
• 5.2 展望65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71
• 个人简历、攻读硕士学位期间完成的主要工作71

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本文编号：1036300