一种天线的新型演化方法技术

本发明专利技术提供了一种天线的新型演化方法，设置天线工作频率范围、天线工作的方位角和仰角的范围、约束优化条件、天线仿真物理模型中尺寸的范围以及迭代次数，建立天线的仿真物理模型，利用天线演化算法得到父代；判断当前的仿真物理模型中的尺寸变量是否满足约束优化条件或达到最大迭代次数，若是则演化结束；否则将评估值和约束条件带入天线演化算法进行迭代，得到子代的尺寸变量，直到当前的仿真物理模型中的尺寸变量满足约束优化条件或达到最大迭代次数为止。本发明专利技术不必依赖于天线设计人员的电磁理论知识与经验，能够应对多种天线设计需求，可以利用智能计算技术和现有的电磁仿真技术完成自动化智能天线演化。

【技术实现步骤摘要】
一种天线的新型演化方法
本专利技术涉及一种天线的新型演化方法，属于天线

技术介绍
演化天线研究开始于1990s，近年随着智能算法的不断改进，计算机运算速度增加，电磁仿真软件的改进，演化天线研究发展很快。NASA演化天线自动设计软件设计的天线因优于传统天线而在2006年发射的ST5卫星上获得成果应用。从此之后演化天线在军事航空领域有着广泛的应用，但是在民用领域仍然没有有效应用。随着信息时代的到来，需要快速交换信息，利用现有的设计方法进行设计，得到的天线常常无法达到小型化的目的，频段往往较低，无法满足更高的无线信号传输需求。WiFi技术是一种无线网络上网技术，几乎所有的几乎所有智能手机、平板电脑和笔记本电脑都支持无线上网。在移动终端在生活中无处不见时，而且对于无线网络要求越来高时，高性能WiFi天线有着重要意义。传统的天线设计方法依赖于天线设计人员的电磁理论知识与经验，在面对具有挑战性的需求时，例如星载天线、导弹天线以及小型化的手机天线等，难以快速高效的找到较好的解决方案，基于计算机技术、智能计算技术和电磁仿真技术等的自动天线设计方法对于解决上述挑战有着潜在优势。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种天线的新型演化方法，该方法不必依赖于天线设计人员的电磁理论知识与经验，能够应对多种天线设计需求，可以利用智能计算技术和现有的电磁仿真技术完成自动化智能天线演化。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种天线的新型演化方法，包括以下步骤：设置天线工作频率范围、天线工作的方位角和仰角的范围、约束优化条件、天线仿真物理模型中尺寸的范围以及迭代次数，所述约束优化条件包括增益约束条件、轴比约束条件和驻波比约束条件；根据天线工作频率范围设置天线形状，建立天线的仿真物理模型，利用天线演化算法得到父代，所述父代为仿真物理模型中的尺寸变量；判断当前的仿真物理模型中的尺寸变量是否满足约束优化条件或达到最大迭代次数，若是则演化结束，仿真物理模型中的尺寸变量为演化结果；否则利用当前的仿真物理模型中的尺寸变量计算评估值，并将评估值和约束条件带入天线演化算法进行迭代，得到子代的尺寸变量，直到当前的仿真物理模型中的尺寸变量满足约束优化条件或达到最大迭代次数为止。所述的一种天线的新型演化方法具体包括以下步骤：(1)设置天线工作频率范围、天线的约束优化条件、天线工作的方位角和仰角的范围、天线仿真物理模型中尺寸的范围以及最大迭代次数；所述约束优化条件包括增益约束条件、轴比约束条件和驻波比约束条件；(2)建立天线的仿真物理模型，所述仿真物理模型中，所述天线包括扁平长方体绝缘基板，绝缘基板的上表面贴有与绝缘基板大小相同的导体贴片，所述导体贴片中央设有椭圆孔，椭圆孔的长轴平行于上表面的长边，绝缘基板的下表面横向设置长条形馈线，馈线的右端设有馈点，所述馈点与绝缘基板下表面的右边缘平齐；绝缘基板的高为h、长为w、宽为l，导体贴片上的椭圆孔长半轴为a、短半轴b，导体贴片的厚度为c，馈线的宽度为fw、长度为fl，馈点中心到椭圆孔的短轴的距离为d；利用天线演化算法得到父代，所述父代为2组以上的包括h、w、l、a、b、c、fw、fl和d的个体；h、w、l、a、b、c、fw、fl和d为尺寸变量；设置变量N以指示迭代次数，N的初始值为0；(3)对于父代中的每组个体，根据以下评估值计算公式计算评估值其中，表示评估值，是以h、w、l、a、b、c、fw、fl和d为元素的向量，表示空间球面坐标系中的点，和θ分别为空间球面坐标系的方位角和仰角，和θ的范围为天线设计工作范围；是工作频率为freq的天线在处的增益；是工作频率为freq的天线在处的轴比；VSWR(freq)是天线在工作频率为freq时的驻波比；freq的取值范围在步骤(1)设置的天线工作频率范围内；和VSWR(freq)均为根据仿真物理模型利用仿真算法仿真得到的结果；迭代次数N累加1；(4)若父代中有一组个体使得天线的约束优化条件均满足，则演化结束，该组个体为演化结果；若迭代次数N大于步骤(2)设置的迭代次数，则父代中使值最小的个体为演化结果；否则进入步骤(5)；(5)对于父代中每一组个体，进行以下步骤：将计算得到的和约束优化条件代入天线演化算法进行迭代，得到新的尺寸变量为子代的个体；各组子代组合为新的父代，返回步骤(3)进行下一轮迭代。步骤(1)所述的天线的约束优化条件包括增益约束条件、轴比约束条件和驻波比约束条件，其中，增益约束条件为轴比约束条件为驻波比约束条件为本专利技术基于其技术方案所具有的有益效果在于：(1)本专利技术提供的天线的新型演化方法不必依赖于天线设计人员的电磁理论知识与经验，能够应对多种天线设计需求，可以利用智能计算技术和现有的电磁仿真技术完成自动化智能天线演化。(2)本专利技术尤其适合对微带贴片WiFi天线进行演化，该微带贴片WiFi天线的仿真物理模型采用长方体绝缘基板和挖空椭圆孔的导体贴片的结构，这样导体贴片上的椭圆孔边界光滑，能够防止信号突然畸变，使得天线收发信号性能稳定；(3)本专利技术提供了一种演化过程中的评估值计算公式，利用该评估值计算公式可以为天线演化过程提供判断天线结构优劣的依据，代入演化算法能够准确地得到满足要求的天线的仿真物理模型的参数；(4)根据本专利技术提供的方法得到的微带贴片WiFi天线，和线天线相比更小巧，该天线的带宽超过1.1GHz，在1.75GHz到2.85GHz之间，中心工作频率能达到2.4GHz。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图中：1-导体贴片，2-馈点，3-椭圆孔，4-绝缘基板，5-馈线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术提供了一种天线的新型演化方法，包括以下步骤：设置天线工作频率范围、天线工作的方位角和仰角的范围、约束优化条件、天线仿真物理模型中尺寸的范围以及迭代次数，所述约束优化条件包括增益约束条件、轴比约束条件和驻波比约束条件；根据天线工作频率范围设置天线形状，建立天线的仿真物理模型，利用天线演化算法得到父代，所述父代为仿真物理模型中的尺寸变量；判断当前的仿真物理模型中的尺寸变量是否满足约束优化条件或达到最大迭代次数，若是则演化结束，仿真物理模型中的尺寸变量为演化结果；否则利用当前的仿真物理模型中的尺寸变量计算评估值，并将评估值和约束条件带入天线演化算法进行迭代，得到子代的尺寸变量，直到当前的仿真物理模型中的尺寸变量满足约束优化条件或达到最大迭代次数为止。所述天线的新型演化方法具体包括以下步骤：(1)设置天线工作频率范围、天线的约束优化条件、天线工作的方位角和仰角的范围、天线仿真物理模型中尺寸的范围以及最大迭代次数；所述约束优化条件包括增益约束条件、轴比约束条件和驻波比约束条件；(2)建立天线的仿真物理模型，参照图1，所述仿真物理模型中，所述天线包括扁平长方体绝缘基板4，绝缘基板的上表面贴有与绝缘基板大小相同的导体贴片1，所述导体贴片中央设有椭圆孔3，椭圆孔的长轴平行于上表面的长边，绝缘基板的下表面横向设置长条形馈线5，馈线的右端设有馈点2，所述馈点与绝缘基板下表面的右边缘平齐；绝缘基板的高为h、长为w、宽为l，导体贴片上的椭圆孔长半轴为a、短半轴b，导体贴片的厚度为c，馈线的宽度为fw、长度为fl本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天线的新型演化方法，其特征在于包括以下步骤：设置天线工作频率范围、天线工作的方位角和仰角的范围、约束优化条件、天线仿真物理模型中尺寸的范围以及迭代次数，所述约束优化条件包括增益约束条件、轴比约束条件和驻波比约束条件；根据天线工作频率范围设置天线形状，建立天线的仿真物理模型，利用天线演化算法得到父代，所述父代为仿真物理模型中的尺寸变量；判断当前的仿真物理模型中的尺寸变量是否满足约束优化条件或达到最大迭代次数，若是则演化结束，仿真物理模型中的尺寸变量为演化结果；否则利用当前的仿真物理模型中的尺寸变量计算评估值，并将评估值和约束条件带入天线演化算法进行迭代，得到子代的尺寸变量，直到当前的仿真物理模型中的尺寸变量满足约束优化条件或达到最大迭代次数为止。

【技术特征摘要】
1.一种天线的新型演化方法，其特征在于包括以下步骤：设置天线工作频率范围、天线工作的方位角和仰角的范围、约束优化条件、天线仿真物理模型中尺寸的范围以及迭代次数，所述约束优化条件包括增益约束条件、轴比约束条件和驻波比约束条件；根据天线工作频率范围设置天线形状，建立天线的仿真物理模型，利用天线演化算法得到父代，所述父代为仿真物理模型中的尺寸变量；判断当前的仿真物理模型中的尺寸变量是否满足约束优化条件或达到最大迭代次数，若是则演化结束，仿真物理模型中的尺寸变量为演化结果；否则利用当前的仿真物理模型中的尺寸变量计算评估值，并将评估值和约束条件带入天线演化算法进行迭代，得到子代的尺寸变量，直到当前的仿真物理模型中的尺寸变量满足约束优化条件或达到最大迭代次数为止；具体包括以下步骤：(1)设置天线工作频率范围、天线的约束优化条件、天线工作的方位角和仰角的范围、天线仿真物理模型中尺寸的范围以及最大迭代次数；所述约束优化条件包括增益约束条件、轴比约束条件和驻波比约束条件；(2)建立天线的仿真物理模型，所述仿真物理模型中，所述天线包括扁平长方体绝缘基板，绝缘基板的上表面贴有与绝缘基板大小相同的导体贴片，所述导体贴片中央设有椭圆孔，椭圆孔的长轴平行于上表面的长边，绝缘基板的下表面横向设置长条形馈线，馈线的右端设有馈点，所述馈点与绝缘基板下表面的右边缘平齐；绝缘基板的高为h、长为w、宽为l，导体贴片上的椭圆孔长半轴为a、短半轴b，导体贴片的厚度为c，馈线的宽度为fw、长度为fl，馈点中心到椭圆孔的短轴的距离为d；利用天线演化算法得到父代，所述父代为2组以上的包括h、w、l、a、b、c、fw、fl和d的个体；h、w...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾三友，吴勇，郭大宇，胡君，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42