基于特征模理论和CMA技术的天线设计

特征模在超宽带和多输入多输出天线设计中的应用王辉;杨雪松【摘要】By analyzing the eigenvalues of antenna,the eigenmode theory decomposes the surface current of antenna into a series of orthotropic eigencurrents,and further provides the eigenpattern.Thus,this theory can provide physical insights into the radiation mechanism of antennas and guidance to the antenna design.In this paper,a review of eigenmode theory is described.Then,a detail introduction to the application of eigenmode theory in the analysis and design of ultra-wideband(UWB) antennas and multi-input multi-output(MIMO) antennas is provided.The future of this method in the analysis and design of antennas is indicated.%特征模理论通过分析天线的特征值,把表面电流分解成相应的特征电流,并可进一步得到天线的特征方向图。

它可以从物理本质上研究天线的辐射机理,从而有效指导天线设计。

在简要介绍了特征模理论之后,详细说明了它在超宽带天线和多输入多输出天线的分析设计方面的应用,并指出了它的应用前景。

【期刊名称】《中国电子科学研究院学报》【年(卷),期】2012(007)005【总页数】6页(P477-482)【关键词】特征模理论;超宽带天线;MIMO天线;多天线【作者】王辉;杨雪松【作者单位】电子科技大学应用物理研究所,成都610054;电子科技大学应用物理研究所,成都610054【正文语种】中文【中图分类】TN8200 引言不断提高通信系统的通信容量和质量，是无线通信的永恒主题。

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－３１０６．２０２４．０５．０２２引用格式：沈飘飘，刘巾军，肖如奇，等．双频段体表／体外双模式可穿戴天线设计［Ｊ］．无线电工程，２０２４，５４（５）：１２５５－１２６０．［ＳＨＥＮＰｉａｏｐｉａｏ，ＬＩＵＪｉｎｊｕｎ，ＸＩＡＯＲｕｑｉ，ｅｔａｌ．ＤｅｓｉｇｎｏｆＤｕａｌ ｂａｎｄＤｕａｌ ｍｏｄｅＷｅａｒａｂｌｅＡｎｔｅｎｎａｆｏｒＯｎ ／Ｏｆｆ ｂｏｄｙＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＲａｄｉｏＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２４，５４（５）：１２５５－１２６０．］双频段体表／体外双模式可穿戴天线设计沈飘飘１，刘巾军２，肖如奇１，杨　国１，齐世山１（１．南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏南京２１００９４；２．陆军装备部驻南京地区第四军事代表室，江苏南京２１０００７）摘　要：基于特征模理论分析方法，设计了一款２．４５、５．８ＧＨｚ频段的体表／体外双模式可穿戴天线。

在三角形的辐射贴片和接地面之间加载一段微带线，在２．４５ＧＨｚ引入一个具有全向辐射特性的新模式，加上三角形贴片本身在５．８ＧＨｚ具有的定向辐射特性，组成了一个双频段双模式可穿戴天线。

天线的仿真结果表明，在低频处实现全向辐射特性，阻抗带宽为１．６％（２．４５～２．４９ＧＨｚ），可用于体表通信模式；在高频处具有定向辐射特性，阻抗带宽为４．３％（５．６７～５．９２ＧＨｚ），可用于体外通信模式。

关键词：可穿戴天线；特征模分析；体表通信；体外通信中图分类号：ＴＮ８２文献标志码：Ａ开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：文章编号：１００３－３１０６（２０２４）０５－１２５５－０６ＤｅｓｉｇｎｏｆＤｕａｌ ｂａｎｄＤｕａｌ ｍｏｄｅＷｅａｒａｂｌｅＡｎｔｅｎｎａｆｏｒＯｎ ／Ｏｆｆ ｂｏｄｙＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳＨＥＮＰｉａｏｐｉａｏ１，ＬＩＵＪｉｎｊｕｎ２，ＸＩＡＯＲｕｑｉ１，ＹＡＮＧＧｕｏ１，ＱＩＳｈｉｓｈａｎ１（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＯｐｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９４，Ｃｈｉｎａ；２．ＴｈｅＦｏｕｒｔｈＭｉｌｉｔａｒｙＲｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅＯｆｆｉｃｅｏｆＰＬＡＡｒｍｙＥｑｕｉｐｍｅｎｔＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｉｎＮａｎｊｉｎｇＲｅｇｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｍｏｄｅ，ａｄｕａｌ ｍｏｄｅｗｅａｒａｂｌｅａｎｔｅｎｎａｆｏｒｏｎ ｂｏｄｙａｎｄｏｆｆ ｂｏｄｙｏｐｅｒａｔｉｏｎａｔ２．４５，５．８ＧＨｚｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｄｕａｌ ｂａｎｄｄｕａｌ ｍｏｄｅｗｅａｒａｂｌｅａｎｔｅｎｎａｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇａｎｅｗｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｒａｄｉａｔｉｏｎｍｏｄｅａｔ２．４５ＧＨｚ，ａｃｈｉｅｖｅｄｂｙｌｏａｄｉｎｇａｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐｌｉｎｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｒｉａｎｇｕｌａｒｒａｄｉａｔｉｎｇｐａｔｃｈａｎｄｔｈｅｇｒｏｕｎｄｐｌａｎｅ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｒａｄｉａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅｔｒｉａｎｇｕｌａｒｐａｔｃｈｉｔｓｅｌｆａｔ５．８ＧＨｚ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｎｔｅｎｎａｐｒｏｖｉｄｅｓｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｒａｄｉａｔｉｏｎａｔｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗｉｔｈａｎｉｍｐｅｄａｎｃｅｂａｎｄｗｉｄｔｈｏｆ１．６％（２．４５～２．４９ＧＨｚ），ｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｏｎ ｂｏｄｙｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｒａｄｉａｔｉｏｎａｔｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗｉｔｈａｎｉｍｐｅｄａｎｃｅｂａｎｄｗｉｄｔｈｏｆ４．３％（５．６７～５．９２ＧＨｚ），ｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｏｆｆ ｂｏｄｙｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｅａｒａｂｌｅａｎｔｅｎｎａ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｍｏｄｅａｎａｌｙｓｉｓ；ｏｎ ｂｏｄｙｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｏｆｆ ｂｏｄｙｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ收稿日期：２０２３－０８－２８基金项目：国家自然科学基金（６２２７１２５７）ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＩｔｅｍ：ＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（６２２７１２５７）０　引言随着无线体域网的快速发展，对可穿戴天线结构和性能的要求越来越高，如何有效地实现体表通信［１］和体外通信［２］间信息的无缝传输至关重要，因此体表／体外双模式天线成为近年的研究热点。

特征模法分析不同形状的贴片天线赵俊峰【摘要】In this paper the theory of Characteristic Modes is introduced. The modes currents are orthogonal. They provide a physical interpretation of the radiation phenomena taking place on the antenna. This paper illustrates the Characteristic current distribution of different shape patch antennas to find a general rule.% 文章简单介绍了特征模式方法，该方法为任意形状的电磁物体定义了一系列正交的特征电流。

这些特征电流是该电磁物体本身的固有属性，因此可以从本质上解释其辐射特性。

文章利用特征模式方法提取不同形式贴片天线的主要特征电流，通过对比研究得到不同形状贴片天线上特征电流的一般性规律。

【期刊名称】《大众科技》【年(卷),期】2012(000)008【总页数】3页(P4-5,3)【关键词】特征模方法;贴片天线;特征电流【作者】赵俊峰【作者单位】电子科技大学物理电子学院,四川成都 610054【正文语种】中文【中图分类】TN823随着通信技术的迅速发展，人们对天线的设计提出越来越多的要求。

其中微带天线由于具备各种优点而受到了人们越来越多的关注[1-2]。

但现在微带天线形式越来越多，越来越复杂，利用传统的谐振腔模型法来已经越来越困难，因此利用数值方法分析微带天线已成为必然。

但是，利用数值方法分析微带天线，缺乏一个清晰的物理解释，不能给出明确的工作机理和设计指导。

特征模法是结合解析本征模理论和数值矩量法两者的优点提出的一种方法。

可以概念清晰和精确的获得电磁问题的解。

基于特征模理论的天线设计与研究下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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基于特征模式的超宽带陷波天线设计Eigen Mode Analysis in Design of Band-notchedUWB Antenna查华侯建强(西安电子科技大学微波研究所、西安、710071)摘要: 本文利用FEKO软件设计了一款工作在0.2GHz到3GHz的带有双窄带抑制功能的超宽带陷波天线，并从特征模式对天线的陷波特性进行了分析。

首先使用FEKO软件建立了单极子天线模型，对其进行特征模式分析。

然后通过加载枝节引入陷波结构，利用特征模理论解释了其阻带抑制特性。

最后基于本文研究，设计了一款工作在0.2GHz到3GHz超宽带双陷波天线，该天线采用印刷单极子形式，通过在辐射贴片上开槽以及在馈线处加载枝节，从而在特定的频率（900MHz和1575MHz）内实现窄带抑制特性。

仿真结果表明，除了特定阻带频率，天线在整个工作频带范围内驻波都小于2。

仿真结果与表明了该天线良好的应用前景。

关键词:FEKO 超宽带特征模式陷波Abstract: In this paper, a dual-notched antenna worked in 0.2GHz to 3GHz is designed by FEKO software, the notch characteristics of the antenna are analyzed by eigen mode theory. Firstly, a monopole antenna model is established by using FEKO software, and the eigen mode of the model are analyzed. Then through side loading to obtain band-notched characteristic, and using the characteristic mode theory, the characteristics of the inhibition of the stop band are explained. Finally, based on this research, an UWB dual band-notched antenna work in 0.2GHz to 3GHz is designed. The antenna is formed of printed monopole, by means of slot embedding and side loading to achieve narrow band suppression in specific frequency (1575MHz and 900MHz).The simulation results show that, in addition to the specific frequency band, the antenna VSWR is less than 2 in the whole working band. The simulation results show that the antenna has good application prospect.Key words: FEKO，UWB，eigen mode，band-notched1 引言超宽带技术由于具有抗干扰性强，数据传输速率高，功耗低，发射功率低等优点而被广泛关注。

基于特征模理论的天线等效电路分析Analysis For Circuit Equivalent Modal Of Antenna Based On Characteristic Modes Approach李娜侯建强(西安电子科技大学微波研究所、西安、710071)摘要:本文在应用特征模理论简化分析天线模式的基础上，提出了一种综合高斯滤波器原理设计天线等效电路的方法。

首先用Altair公司的FEKO软件的特征模分析得到模式1和模式3为对称振子天线的主要辐射模式，再根据每个模式的模式系数图形设计带通滤波器等效电路，最后将两个模式的带通滤波器等效电路并联起来就是对称振子天线的等效电路。

将得到的等效电路的仿真结果与原天线的仿真结果相比，在带宽和阻抗等方面都很一致。

关键词:特征模理论，FEKO仿真，高斯滤波器，天线等效电路Abstract:Based on Simplifying the antenna modes through the application of characteristic modes approach, we propose a novel method which synthesize the Gauss filter to design antenna equivalent circuit. We take the dipole antenna as an example to expound the method. Firstly, from the analysis of the characteristic modes approach andthe simulation results of FEKO, mode 1 and mode 3 are found to be the main radiation modes for a dipole antenna. And then, band pass filter equivalent circuits are designed in the light of the modal coefficient graphs of each mode. Finally the two band pass filter equivalent circuits of mode 1 and mode 3 can be combined in parallel to be the equivalent circuit of the dipole antenna. The results of the equivalent circuit are quite consistent with the original antenna for the bandwidth and impedance.Key words: characteristics modes approach, FEKO simulation, Gauss filter, antenna equivalent circuit1 简介随着无线电通信技术的发展，天线的设计和应用受到越来越受到广泛的关注，对其性能的要求也越来越高。

基于特征模理论的低剖面MIMO立方体天线作者：于琪陈益凯杨仕文来源：《南京信息工程大学学报（自然科学版）》2019年第01期摘要基于特征模理论，给出了一种适用于室内环境的16端口多输入多输出（MIMO）立方体天线设计.首先利用特征模理论在对一个矩形金属片进行模式分析的基础上，同时激励金属片的不同模式，设计了一款工作于5.150～5.875 GHz的高隔离度的4端口MIMO天线单元，并引入人工磁导体（AMC）表面代替原天线的地板，大大降低了天线的剖面.进一步地，围绕立方体环绕一周组成4×4端口的MIMO立方体天线，在较小的空间内实现了天线的多端口与多极化.仿真和测试结果表明：天线在5.150～5.875 GHz频段内端口反射系数Sii< -10 dB，端口间隔离度Sij>20 dB.关键词特征模理论;MIMO立方体天线;人工磁导体;低剖面中图分类号TN820文献标志码A0引言随着无线通信系统的快速发展，有限的频谱资源与无线通信系统对信道容量不断增长的需求之间的矛盾日益加深.而多输入多输出（MIMO）天线由于其在不增加额外功率及频谱资源的前提下可通过多径传输提升系统信道容量的特性得到广泛应用[1-3]，因此具有良好的应用前景.现在由于有限空间资源的限制，MIMO天线的小型化受到了越来越高的重视.传统的较多端口的MIMO天线一般是平面阵列[4]，这样的MIMO天线占用空间较大且极化种类较少.而MIMO立方体天线可以在较小的空间内实现多个天线的集成以及极化多样性，在天线小型化方面有着明显的优势.文献[5]将12个偶极子安置在立方体的12条边上，在0.5λ×0.5λ×0.5λ的空间内实现了12端口的MIMO天线，文献[6]则在0.76λ×0.76λ×0.76λ的空间内实现了工作于2.40～2.48 GHz的18端口的MIMO天线，但它们所提出的天线带宽均很窄.MIMO天线的小型化会增强其端口间的耦合，所以在MIMO天线的設计中，在有限空间内实现各个单元间的去耦尤其重要.在现有的文献中提出了很多去耦技术：可通过正交排布天线单元[7]，减小端口间的近场耦合，从而提高端口间的隔离度，但是这种方法具有较大的局限性;也可通过引入去耦网络达到去耦效果[8]，但引入去耦网络的同时还需引入匹配网络，这无疑会增加天线的复杂度.比较常见的一种方法是在地板上开适当长度的槽来充当滤波器[9]，滤除部分耦合分量，或是引入电子带隙（EBG）结构[10]，抑制表面波的传播，提高天线的隔离度，当然这种方法也是引入其他结构，也会增加设计难度.本文采用了基于特征模理论的去耦方法.首先通过分析天线自身的模式电流，得到了5种显著的相互正交的模式，通过同时激励起这5种相互正交的模式得到一个高隔离度的4端口的MIMO天线单元.该去耦合方法基于天线自身特性，不引入其他结构，大大简化了天线的设计难度.然后，为了降低天线剖面加入AMC结构将天线剖面降为原来的34%，并将该天线组成立方体结构，而各单元空间位置的正交性确保端口间的隔离度没有恶化，从而得到了16端口的小型化MIMO立方体天线.1矩形金属片的模式分析特征模理论是Garbacz[11]在1965年首次提出的.一个物体的特征模指的是用于描述物体表面电流的一系列完全正交的电流，即特征电流Jn.同时这些电流所对应的辐射远场也是相互正交的，而特征电流Jn可由下面的矩阵方程计算得出：式中，X和R分别表示的是电场积分方程阻抗矩阵的虚部和实部，λn是Jn所对应的特征值.λn的范围从-到+，而它的模值λn决定了一个辐射系统所存储的能量，λn越大，系统所储存的能量越多，反之亦然.在辐射与散射问题中，λn=0时的情况尤其重要，此时的模式称为谐振模式，对应系统储存能量为零时的情况，而本文中所需关注的也就是λn接近于零的模式.模式显著性（MS，其量值记为SM）是用于描述当物体受到外部激励时，若每一个模式均被理想地激励时，它们对整体电流分布的贡献率，可用以下方程表示：定义SM≥12，即λn≤1的模式为显著模式，反之为不显著模式.本文中对一个矩形金属片在5～6 GHz进行特征模分析.该金属片尺寸为0.85λ0×0.85λ0（λ0为5.5 GHz所对应的真空中的波长），在其正下方距离0.38λ0处放置一地板，得到的矩形金属片特征模的模式显著性随频率变化的曲线如图1所示，可看出该矩形金属片的显著模式，即SM≥12的模式有5个，为图1中所标示的Mode1—Mode5.图2给出了该矩形金属片5个显著模式随频率变化的模式电流分布和辐射方向图，可以看出在5～6 GHz频段间，这5个显著模式的模式电流分布和辐射方向图均只有微小的变化.为了激励出Mode1—Mode5这5个模式，在金属片电流最大处进行开T形槽馈电，即在矩形金属片4个边的中心处以及4个角处进行开槽馈电，所得到的矩形金属片电流分布如图3所示.值得注意的是，Mode3和Mode5的馈电位置发生重叠，为了简化设计，可将这2种模式合在一起构成新的Mode3.2天线单元的设计图4给出了天线单元馈电端口的设计方案，给其中每一组端口以图中所示方向电流馈以等幅同相的电流，即可激励出所需的4种模式.以此原则设计馈电网络，采用一分二Wilkinson功分器连接Port11与Port12馈以等幅同相的电流可激励Mode1;采用0°和180°环形电桥连接Port21和Port22（Port31和Port32），分别馈以等幅同相和等幅反相的电流，即可分别激励出Mode2和Mode3;采用一分四Wilkinson功分器连接Port41、Port42、Port43和Port44，馈以等幅同相的电流，便可激励出Mode4.本文所设计的天线在HFSS中完成仿真设计，仿真模型如图5a所示.在同轴线处以理想集总端口激励，将所得全波仿真数据导入HFSS自带的2D电路中，利用其中自带的功分器与0°和180°环形电桥进行馈电，所得到的天线单元4个端口的反射系数与隔离度如图5b所示.由图5b可以看出，在5.150～5.875 GHz整个频段内，4个端口的反射系数Sii<-10 dB，阻抗匹配良好，而各个端口之间的隔离度|Sij|>25 dB，端口间的互耦很小，这正是由特征模的相互正交性所带来的.3低剖面天线单元设计前文所设计的天线单元采用理想导电体平面作为反射板，天线距离反射板高度为0.38λ0，约为21 mm.人工磁导体表面是一种周期性结构，具有反射同相的特性，可以代替传统的理想导电体平面作为天线的反射板，非常适用于低剖面天线的设计[12].为了降低天线剖面，本文采用图6a所示的AMC表面单元，为一“井”字形贴片敷在厚度为3.175 mm、介电常数为4.5的TP-2的介质板上，上方放置一厚度为1.58 mm、介电常数为2.17的TLY-5A的介质板.由图6b可以看出，该AMC结构在5.150～5.875 GHz频段内反射相位均在+90°～-90°之间，可作为天线的反射板.最终采用由8×8个AMC单元构成的AMC表面作为地板，其中为了避免同轴线对AMC表面的影响，去掉了Port4的4根同轴线所穿过的4个AMC单元，所得到的天线距离地板尺寸为7.175 mm（含介质板厚度），天线剖面缩减了66%.由前文给出的天线馈电网络设计原理设计了一分二功分器、一分四功分器与0°和180°环形电桥.为了缩减天线的尺寸，将地板尺寸缩减为1.05λ0×1.05λ0，同时将馈电网络放置在2层厚度为0.508 mm、介电常数为3.5的RF-35的介质板上，第1层放置一个0°和180°环形电桥，第2层放置一个一分二功分器与一个一分四功分器（如图7所示）.最终所得天线单元结构如图8所示，其端口S参数仿真结果如图9所示，在工作频段内端口反射系数Sii< -10 dB，隔离度Sij>20 dB.44×4端口的MIMO立方体天线设计将4个最终得到的低剖面天线单元环绕立方体一周组成一个尺寸为1.26λ0×1.26λ0×1.05λ0的MIMO立方体天线，如图10a所示.这样的设计在较小的空间内实现了16端口的MIMO天线设计，并且增加了极化多样性，非常适合室内环境.基于天线仿真模型，加工了实物模型，如图10b所示，测试结果如图11所示.由于该立方体天线的对称特性，在图11中只给出了A面天线单元端口的S参数和A、B面间端口隔离度以及A、C面间端口隔离度的测试结果.由测试结果可看出，A面端口的反射系数在5.150～5.875 GHz频段间均小于-10 dB，隔离度均大于20 dB，而A面与B面、C面之间端口隔离度均大于30 dB，因此可认为该立方体天线在5.150～5.875 GHz频段内所有端口反射系数均小于-10 dB，端口隔离度大于20 dB.同时图12给出了该立方体天线其中一个单元在xoz面和yoz面上的辐射方向图的测试结果与仿真结果，可看出一个天线单元的4个端口可以激励出多种极化，而将单元环绕一周所得到的立方体天线则会具有更多的极化，可以更好地接收来自各个方向的信号.为了衡量本文所设计的MIMO天线在使用时的分集性能，计算了天线端口间的包络相关系数[13]，计算所用的公式如下：式中ρi，j为端口i和端口j间的包络相关系数，Ei（θ，φ）为端口i激励其他端口匹配时的辐射远场，Ej（θ，φ）为端口j激励其他端口匹配时的辐射远场.由图11的测试结果可以看出，各单元间的端口耦合非常小，单元间几乎没有影响，故本文中只计算了单元内部端口间的包络相关系数.同时，由于用现有测试设备测试3D方向图比较困难且精度不高，而天线测试结果与仿真结果较为贴合，所以采用仿真结果计算包络系数，所得结果如图13所示.一般情况下MIMO天线各端口之间的包络相关系数小于0.5时，才有较为显著的分集效果[14]，由图13可以看出该天线端口间包络相关系数均小于0.5，即可认为它有良好的分集性能.5结束语本文基于特征模理论设计了一款工作于5.150～5.875 GHz、尺寸为1.26λ0×1.26λ0×1.05λ0的16端口MIMO立方体天线.该天线利用特征模理论实现了天线单元的多极化与各端口间的高隔离度，并通过加载AMC表面实现了天线单元的低剖面，从而在较小空间内实现了多端口、高隔离度、多极化的MIMO立方体天线.实验结果表明该天线在工作频段内反射系数小于-10 dB，端口間隔离度大于20 dB，满足MIMO天线的设计要求.参考文献References[1]Foschini G J，Gans M J.On Limits of wireless communications in a fading environment when using multiple antennas[J].Wireless Personal Communications，1998，6（3）：311-335[2]帅吉莉.电脑MIMO天线应用简介[J].科技创新导报，2011（1）：22SHUAI Jili.Introduction to computer MIMO antenna application[J].Science and Technology Innovation Herald，2011（1）：22[3]Bae H，Harackiewicz F J，Park M J，et pact mobile handset MIMO antenna for LTE700 applications[J].Microwaveand Optical Technology Letters，2010，52（11）：2419-2422[4]Yang BQ，Yu Z Q，Dong Y Y，et pact tapered slot antenna array for 5G millimeter-wave massive MIMO systems[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2017，65（12）：6721-67273低剖面天线单元设计前文所设计的天线单元采用理想导电体平面作为反射板，天线距离反射板高度为0.38λ0，约为21 mm.人工磁导体表面是一种周期性结构，具有反射同相的特性，可以代替传统的理想导电体平面作为天线的反射板，非常适用于低剖面天线的设计[12].为了降低天线剖面，本文采用图6a所示的AMC表面单元，为一“井”字形贴片敷在厚度为3.175 mm、介电常数为4.5的TP-2的介质板上，上方放置一厚度为1.58 mm、介电常数为2.17的TLY-5A的介质板.由图6b可以看出，该AMC结构在5.150～5.875 GHz频段内反射相位均在+90°～-90°之间，可作为天线的反射板.最终采用由8×8个AMC单元构成的AMC表面作为地板，其中为了避免同轴线对AMC表面的影响，去掉了Port4的4根同轴线所穿过的4个AMC单元，所得到的天线距离地板尺寸为7.175 mm（含介质板厚度），天线剖面缩减了66%.由前文给出的天线馈电网络设计原理设计了一分二功分器、一分四功分器与0°和180°环形电桥.为了缩减天线的尺寸，将地板尺寸缩减为1.05λ0×1.05λ0，同时将馈电网络放置在2层厚度为0.508 mm、介电常数为3.5的RF-35的介质板上，第1层放置一个0°和180°环形电桥，第2层放置一个一分二功分器与一个一分四功分器（如图7所示）.最终所得天线单元结构如图8所示，其端口S参数仿真结果如图9所示，在工作频段内端口反射系数Sii< -10 dB，隔离度Sij>20 dB.44×4端口的MIMO立方体天线设计将4个最终得到的低剖面天线单元环绕立方体一周组成一个尺寸为1.26λ0×1.26λ0×1.05λ0的MIMO立方体天线，如图10a所示.这样的设计在较小的空间内实现了16端口的MIMO天线设计，并且增加了极化多样性，非常适合室内环境.基于天线仿真模型，加工了实物模型，如图10b所示，测试结果如图11所示.由于该立方体天线的对称特性，在图11中只给出了A面天线单元端口的S参数和A、B面间端口隔离度以及A、C面间端口隔离度的测试结果.由测试结果可看出，A面端口的反射系数在5.150～5.875 GHz频段间均小于-10 dB，隔离度均大于20 dB，而A面与B面、C面之间端口隔离度均大于30 dB，因此可认为该立方体天线在5.150～5.875 GHz频段内所有端口反射系数均小于-10 dB，端口隔离度大于20 dB.同时图12给出了该立方体天线其中一个单元在xoz面和yoz面上的辐射方向图的测试结果与仿真结果，可看出一个天线单元的4個端口可以激励出多种极化，而将单元环绕一周所得到的立方体天线则会具有更多的极化，可以更好地接收来自各个方向的信号.为了衡量本文所设计的MIMO天线在使用时的分集性能，计算了天线端口间的包络相关系数[13]，计算所用的公式如下：式中ρi，j为端口i和端口j间的包络相关系数，Ei（θ，φ）为端口i激励其他端口匹配时的辐射远场，Ej（θ，φ）为端口j激励其他端口匹配时的辐射远场.由图11的测试结果可以看出，各单元间的端口耦合非常小，单元间几乎没有影响，故本文中只计算了单元内部端口间的包络相关系数.同时，由于用现有测试设备测试3D方向图比较困难且精度不高，而天线测试结果与仿真结果较为贴合，所以采用仿真结果计算包络系数，所得结果如图13所示.一般情况下MIMO天线各端口之间的包络相关系数小于0.5时，才有较为显著的分集效果[14]，由图13可以看出该天线端口间包络相关系数均小于0.5，即可认为它有良好的分集性能.5结束语本文基于特征模理论设计了一款工作于5.150～5.875 GHz、尺寸为1.26λ0×1.26λ0×1.05λ0的16端口MIMO立方体天线.该天线利用特征模理论实现了天线单元的多极化与各端口间的高隔离度，并通过加载AMC表面实现了天线单元的低剖面，从而在较小空间内实现了多端口、高隔离度、多极化的MIMO立方体天线.实验结果表明该天线在工作频段内反射系数小于-10 dB，端口间隔离度大于20 dB，满足MIMO天线的设计要求.参考文献References[1]Foschini G J，Gans M J.On Limits of wireless communications in a fading environment when using multiple antennas[J].Wireless Personal Communications，1998，6（3）：311-335[2]帅吉莉.电脑MIMO天线应用简介[J].科技创新导报，2011（1）：22SHUAI Jili.Introduction to computer MIMO antenna application[J].Science and Technology Innovation Herald，2011（1）：22[3]Bae H，Harackiewicz F J，Park M J，et pact mobile handset MIMO antenna for LTE700 applications[J].Microwaveand Optical Technology Letters，2010，52（11）：2419-2422[4]Yang BQ，Yu Z Q，Dong Y Y，et pact tapered slot antenna array for 5G millimeter-wave massive MIMO systems[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2017，65（12）：6721-6727。

基于特征模理论分析的超宽带小型化准八木天线设计
廖国君;姜兴;孙逢圆;彭麟
【期刊名称】《微波学报》
【年(卷),期】2024(40)2
【摘要】文中设计了一款超宽带准八木天线。

根据特征模理论对传统的准八木天线进行分析,并结合天线理论,在不改变天线原有尺寸的情况下,通过采用弯折、切槽等技术,增大了电流路径,拓宽了低频的工作带宽。

天线尺寸为
0.256λ_(0)×0.256λ_(0)×0.002λ_(0)(λ_(0)为最小工作频率所对应的波长),工作带宽为0.78 GHz~1.58 GHz。

与初始天线相比,相对带宽从32.0%提高至67.8%。

通过前后比可以看出,天线具有良好的定向性能,可以满足人脑探测活动的需求。

【总页数】6页(P8-13)
【作者】廖国君;姜兴;孙逢圆;彭麟
【作者单位】桂林电子科技大学信息与通信学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN823
【相关文献】
1.基于特征模理论的缝隙宽带天线设计
2.基于特征模理论的超宽带单极子天线设计
3.基于特征模分析的宽带超表面天线设计
4.基于特征模分析的超表面天线小型化设计
5.基于特征模理论的小型化WiFi6E天线设计
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基于特征模理论的天线等效电路分析天线是用来辐射或接收电磁波的装置。

在天线设计和优化过程中，我们经常需要进行天线的等效电路分析，以便更好地理解和优化天线的性能。

其中一种常用的分析方法是基于特征模理论。

特征模理论是一种将天线等效为一个包含电感、电容和电阻的电路模型的理论。

通过将天线的电流和电压表示为特征模的组合，我们可以利用电路分析的方法来分析和设计天线。

在天线的等效电路分析中，首先需要确定天线的特征模。

特征模是一组描述天线特性的参数，通常包括天线的电感、电容和电阻。

这些参数可以通过测量天线的频率响应、输入阻抗和辐射模式等来获得。

一旦确定了天线的特征模，我们就可以将天线的电流和电压表示为特征模的组合。

根据特征模的定义，电流和电压可以通过特征模中的电感、电容和电阻来计算。

这使得我们可以使用电路分析的方法来分析和优化天线。

1.确定天线的特征模。

这可以通过测量天线的频率响应、输入阻抗和辐射模式等来获得。

2.将天线的电流和电压表示为特征模的组合。

根据特征模的定义，电流和电压可以通过特征模中的电感、电容和电阻来计算。

3.利用电路分析的方法来分析天线的性能。

可以使用各种电路分析工具和技术，如频率响应分析、输入阻抗分析和辐射模式分析等来评估和优化天线的性能。

4.进行天线设计和优化。

通过调整特征模中的参数，可以改变天线的性能，如增加天线的带宽、提高输入阻抗匹配和优化辐射模式等。

基于特征模理论的天线等效电路分析可以帮助我们更好地理解和优化天线的性能。

通过将天线表示为一个简单的电路模型，我们可以利用电路分析的方法来分析和设计天线。

这种方法不仅能够提高天线设计的效率，还可以更深入地研究天线的特性，为天线工程师提供更多的设计灵活性。

基于特征模理论的天线等效电路分析Altair2015技术大会论文集Analysis For Circuit Equivalent Modal Of AntennaBased On Characteristic Modes Approach李娜侯建强(西安电子科技大学微波研究所、西安、710071)摘要:本文在应用特征模理论简化分析天线模式的基础上，提出了一种综合高斯滤波器原理设计天线等效电路的方法。

首先用Altair 公司的FEKO软件的特征模分析得到模式1和模式3为对称振子天线的主要辐射模式，再根据每个模式的模式系数图形设计带通滤波器等效电路，最后将两个模式的带通滤波器等效电路并联起来就是对称振子天线的等效电路。

将得到的等效电路的仿真结果与原天线的仿真结果相比，在带宽和阻抗等方面都很一致。

关键词:特征模理论，FEKO 仿真，高斯滤波器，天线等效电路Abstract:Based on Simplifying the antenna modes through the application of characteristic modes approach, we propose a novel method which synthesize the Gauss filter to design antenna equivalent circuit. We take the dipole antenna as an example to expound the method. Firstly, from the analysis of the characteristic modes approach andthe simulation results of FEKO, mode 1 and mode 3 are found to be the main radiation modes for a dipole antenna. And then, band passfilter equivalent circuits are designed in the light of the modal coefficient graphs of each mode. Finally the two band pass filter equivalent circuits of mode 1 and mode 3 can be combined in parallel to be the equivalent circuit of the dipole antenna. The results of the equivalent circuit are quite consistent with the original antenna for the bandwidth and impedance.Key words: characteristics modes approach, FEKO simulation, Gauss filter, antenna equivalent circuit1 简介随着无线电通信技术的发展，天线的设计和应用受到越来越受到广泛的关注，对其性能的要求也越来越高。

基于支节容性加载的小型化低剖面超表面天线作者：隽月车文荃杨琬琛来源：《南京信息工程大学学报（自然科学版）》2019年第01期摘要本文对容性支节加载的小型化超表面天线进行了分析与设计.通过在方形贴片上引入一对容性负载支节，可以有效地降低超表面单元的工作频率，从而将传统方形贴片超表面单元的尺寸减小55%.在单元设计的基础上，设计了一款4×4阵列的超表面天线，并采用特征模分析（CMA）解释了超表面天线的辐射机制.为了验证设计思路，对天线进行了加工和测试，测量的-10 dB阻抗带宽为21.7%，并在工作频带内保持6 dBi的辐射增益.关键词超表面;小型化天线;容性加载;特征模分析中图分类号TN820文献标志码A0引言近年来，超表面天线因其高增益和宽带等优点引起了广泛的关注.文献[1]详细比较了超表面天线和贴片天线的性能，与传统的贴片天线相比，超表面天线在增益和带宽方面都具有明显的优势.但是，超表面天线的整体尺寸通常大于传统的贴片天线，这导致了超表面天线在阵列设计和集成上存在一定的困难.因此，在保持高性能的同时设计结构紧凑且低剖面的超表面天线十分必要.传统超材料天线通常作为反射板[2-3]，但超表面天线则是将超材料结构作为辐射体.文献[4]中将4×4的正方形贴片超材料结构作为辐射单元，并采用缝隙进行馈电.比较发现，提出的新型超表面天线的|S11|低于-10 dB的工作带宽为28%，且带内增益都均超过了6 dBi，明显优于传统贴片天线.这是由于超表面天线的面积几乎充满了整个辐射口径，从而提高了天线的增益.但是超表面阵面尺寸为0.73λ0×0.73λ0×0.06λ0，远大于传统贴片天线的0.5λ0×0.5λ0.为了减小阵面的尺寸，文献[1]提出了采用工字形单元结构代替方形贴片单元来减小天线尺寸，2×2阵列的尺寸可以减小为0.4λ0×0.37λ0×0.05λ0，但是天线带宽降低到13%且增益减小到6.1～7.8 dBi.文献[5]提出了采用双层超表面的结构来减小天线尺寸，天线上层为2×2大方形贴片阵列，下层为6×6小方形贴片阵列，通过双层结构阵面尺寸可以减小为0.46λ0×0.46λ0×0.06λ0，天线带宽仍可保持27.4%，增益减小到6.5～7.6 dBi.但是该天线加上馈电结构一共有3层，大大增加了天线的复杂度.为了解决尺寸过大问题，本文提出了一种新型的通过支节加载的小型化超表面天线.采用单层超表面结构，通过在方形贴片上加载支节，引入寄生电容，使得天线的工作频率可以通过条带插入深度的改变来进行调节.插入越深，工作频率越低，则天线电尺寸越小，最终4×4超表面阵面的尺寸可以减小到0.49λ0×0.49λ0×0.044λ0.天线样品测量的-10 dB阻抗带宽为21.7%，并且在整个工作频带内可以保持6 dBi的辐射增益.1小型化超表面单元理论分析图1a所示为传统的方形贴片的超表面单元[4]，超表面单元尺寸0.183λ0×183λ0×0.047λ0，该尺寸较大且不利于天线阵列的设计.本文通过引入支节增加等效电容的方法，来降低天线的谐振频率，进而减小超表面单元的电尺寸.在图1a所示的超表面单元的基础上，沿着x，y方向同时加载金属条带1和2，如图1b所示.为了保持单元结构的对称性，支节1和2的尺寸需保持相同.作为一个周期结构，通常采用周期边界来对超表面单元进行分析，并通过零反射相位点来表征超表面单元的工作频点[6-7].图2给出了金属条带1和2的长度L1对超表面单元反射相位的影响.当L1由1 mm增长为4.4 mm时，超表面单元所对应的零反射相位点的工作频率从4 GHz下降至3.2 GHz.因为引入的等效电容随条带长度的增加而增加，超表面单元的工作频率也随之降低，故此起到减小超表面单元电尺寸的作用.当插入深度达到4.4 mm，超表面单元的尺寸可以减小为0.112λ0×112λ0×0.035λ0，比经典方形贴片的尺寸减小62%.研究表明，支节和贴片之间的缝隙s和支节宽度W1对于超表面单元的工作频率影响很小，因此主要是通过插入支节的深度来调节天线的工作频率.2小型化超表面阵列特征模分析由上述分析可知，可以通过金属条带的加载，得到尺寸仅为0.112λ0×112λ0×0.035λ0的小型化超表面单元，在此单元的基础上，构建了一个4×4的超表面阵列作为天线辐射单元，如图3a所示.为了进一步分析所提出的超表面阵列，通过特征模分析（CMA）的方法对该超表面结构的固有模式进行分析[8-9].超表面结构固有的模式可以通过仿真软件CST MWS中集成的CMA工具进行分析，CST中的邊界条件如图3b所示[10].选取3.5 GHz为工作频率，该超表面阵列前6种特征模式（模式1—模式6）的模式强度如图4所示.这6种模式虽然工作在不同的频带下，但是具有相似的变化趋势，每个模式在工作频率下对应的表面电流分布和辐射方向图如图5和6所示.如图5所示，这6种特征模式（模式1—模式6）在超表面的电流分布用黑色箭头标出，分别标记为J1～J6.模式1和模式2对应的表面电流分布J1和J2在每个单元上的电流都保持方向相同，因此J1和J2的电流分布对应的模式可以激励出沿z轴的辐射方向图，如图6a和6b 所示.而如图5c—5f所示，模式3表面电流分布J3在平面上呈中心对称，模式4和5的表面电流分布J4和J5在平面上沿对角线轴对称，模式6的表面电流分布J6在平面上沿y轴对称.由于J3～J6在超表面上的电流分布沿中心线呈反向的状态，会产生抵消作用，所以J3～J6对应模式下的辐射方向图在z方向上会出现凹点，如图6c—6f所示.因此J1和J2所激励的模式1和模式2是期望的主工作模式，而J3～J6所激励的模式3—模式6是需要抑制的高阶模式.基于上述超表面单元的参数分析，超表面单元的宽度W0和单元之间的间隙g决定了天线的初始谐振频率.随着W0的增加或间隙宽度g的减小，天线的工作频率降低，轴比带宽增加.通过仿真优化，本节将选取超表面单元的宽度W0=10 mm，间隙g=0.5 mm.在保持单元宽度W0和单元间隙g不变的情况下，支节插入深度L1变化对天线性能的影响也可以通过CMA的方法进行分析.图7给出了支节插入深度L1对超表面阵列模式1和模式2模式强度的影响.当L1从2 mm增加到4.4 mm时，由于引入电容的增加，模式1和模式2的谐振频率都从4.71 GHz下降到3.7 GHz，频率的降低也就意味着表面阵列尺寸的减小.但模式1和模式2的带宽均随着频率的降低而变窄.此外，也对未加载条带的超表面阵列进行了比较.加载条带之后，表面阵列的工作频率可以从5.3 GHz降低到3.7 GHz，即超表面阵列的尺寸可以从0.71λ0×0.71λ0×0.056λ0减小为0.51λ0×0.51λ0×0.04λ0.综上所述，天线的工作频率可以通过改变条带插入深度L1进行调节，长度越长，工作频率越低，天线电尺寸越小.3小型化超表面天线设计由分析可知，只有在超表面阵列上激励起模式1或者模式2时，才能实现定向辐射的特性.如图8所示，本文提出了一个由2层介质基板组成的超表面天线，2层基板为罗杰斯4003C （节点常数为3.55），厚度分别为h1和h2.上基板表面为4×4小型化超表面阵列用作天线的辐射单元，而金属地板放置在上下介质层之间.为了激励起这2个模式中的一个，通过在金属地的中心沿y轴方向蚀刻一条长度为Ls和宽度为Ws的缝隙给上层超表面进行馈电，并且在下基板的底部印刷具有终端开路结构的50 Ω微带线作为馈电线.根据以上分析和仿真优化，天线其他尺寸的取值如表1中所示.根据表1给出的设计参数，使用HFSS软件仿真即可得到所提出的天线的反射系数和增益特性.如图9所示，天线的-10 dB带宽为17.4%（3.21～3.82 GHz），完全覆盖了针对5G通信的3.5 GHz频带，并且在此带宽内天线的增益为6.15～7.69 dBi.此外，该天线的阵面尺寸仅有0.49λ0×0.49λ0×0.044λ0（3.5 GHz处），是没有引入条带加载的正方形超表面阵列[4]的45%（5.5 GHz处尺寸为0.73λ0×0.73λ0×0.06λ0），因此天线尺寸显著减小.4仿真结果与性能比较为了验证所提出天线的可行性与性能，对图8中的条带加载型小型化超表面天线进行加工，实物图如图10a所示，用50 Ω的SMA射频转接头作为同轴馈电端.该天线的反射系数|S11|是用罗德施瓦茨（ROHDE&SCHWARZ）公司的矢量网络分析仪（VNA）测量的，而天线的增益和方向图等辐射特性的测试工作是在香港城市大学的Satimo近场暗室里完成的，如圖10b所示.实测的|S11|、增益和方向图及仿真结果如图11所示.实测得到的-10 dB阻抗带宽为21.7%（3.18～3.94 GHz），与仿真结果相比，在高频处产生了0.12 GHz的上移，在匹配带宽范围内，测量的增益在6 dBi和6.92 dBi之间变化，比仿真结果（6.15～7.69 dBi）降低了0.77 dBi.这个差值可能是因为实际的介质基板的介质损耗角与设计值存在偏差，或者是测量过程中用于连接天线与测试设备的同轴电缆的损耗所导致的，可以忽略.同时，天线的交叉极化增益保持低于-25 dB，表明该天线具有良好的交叉极化性能.图11c和11d分别给出了3.5 GHz处E平面和H平面的方向图.由图11可见，天线的仿真与实测结果只有在背瓣处有一点偏差.因此，该天线的实测结果和仿真结果基本保持一致.5结束语本文提出了一种新型的支节加载小型化低剖面超表面天线，通过在方形贴片上加载支节的方式引入寄生电容，改变支节的插入深度来调整和减小超表面阵面的大小.测量结果表明，天线的-10 dB阻抗带宽达到21.7%，并在工作频带内保持6 dBi的辐射增益.此外，超表面阵面的尺寸仅有0.49λ0×0.49λ0×0.044λ0，比传统的方形贴片超表面天线减小了55%.参考文献References[1]Liu W，Chen Z N，Qing X.Miniaturized broadband metasurface antenna using stepped impedance resonators[C]∥Antennas & Propagation.IEEE，2016：365-366[2]Yang F，Rahmat-Samii Y.Reflection phase characterizations of the EBG ground plane for low profile wire antennaapplications[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2003，51（10）：2691-2703[3]杨琬琛，车文荃，陈东旭，等.基于新型超材料结构的高效率发射天线技术研究综述[J].南京信息工程大学学报（自然科学版），2017，9（1）：54-63YANG Wanchen，CHE Wenquan，CHEN Dongxu，et al.Investigations of high-efficiency transmitting antennas based on novel metamaterial structures[J].Journal of Nanjing University of Information Science and Technology（Natural Science Edition），2017，9（1）：54-63[4]Liu W，Chen Z N，Qing X M.Metamaterial-based low-profile broadband aperture-coupled grid-slotted patch antenna[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2015，63（7）：3325-332[5]Liu W E I，Chen Z N，Qing X M，et al.Miniaturized wideband metasurfaceantennas[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2017，65（12）：7345-7349[6]Liu Y，Luk K M，Yin H C.Bowtie patch antenna with electric dipole on a HISsubstrate[C]∥International Conference on Microwave & Millimeter Wave Technology.IEEE，2010：278-280[7]Yue T W，Jiang Z H，Werner D pact，wideband antennas enabled by interdigitated capacitor-loaded metasurfaces[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2016，64（5）：1595-1606[8]Chen Y K，Wang C F.Characteristic-mode-based improvement of circularly polarized U-slot and E-shaped patch antennas[J].IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters，2012，11：1474-1477[9]Lin F H，Chen Z N.A method of suppressing higher order modes for improving radiation performance of metasurface multiport antennas using characteristic mode analysis[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2018，66（4）：1894-1902[10]Lin F H，Chen Z N.Low-profile wideband metasurface antennas using characteristic mode analysis[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2017，65（4）：1706-1713。

《基于人工智能的天线优化设计》篇一一、引言随着通信技术的迅猛发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，其性能的优化变得越来越重要。

传统的天线设计方法主要依赖设计师的经验和理论知识，设计过程复杂且耗时。

近年来，人工智能技术的崛起为天线优化设计提供了新的思路和方法。

本文将探讨基于人工智能的天线优化设计，分析其原理、方法及优势，以期为无线通信技术的发展提供有益的参考。

二、人工智能在天线优化设计中的应用原理人工智能技术通过模拟人类的学习和决策过程，实现对复杂问题的求解。

在天线优化设计中，人工智能技术可以用于分析、预测和优化天线的性能。

具体而言，人工智能技术可以通过对大量天线设计数据的学习和分析，发现设计参数与天线性能之间的潜在关系，从而为设计师提供更高效、更准确的设计方案。

三、基于人工智能的天线优化设计方法1. 数据驱动的优化设计数据驱动的优化设计是利用大量历史天线设计数据，通过机器学习算法训练出预测模型。

该模型能够根据设计师提供的设计要求，自动生成满足性能指标的天线设计方案。

这种方法可以大大提高设计效率，降低设计成本。

2. 智能算法的优化设计智能算法如遗传算法、蚁群算法等可以用于天线的参数优化。

这些算法通过模拟自然界的进化过程或生物行为，能够在复杂的设计空间中寻找最优解。

将智能算法与天线设计相结合，可以实现天线的自动优化，提高天线的性能。

四、基于人工智能的天线优化设计优势1. 提高设计效率：人工智能技术可以自动分析、预测和优化天线性能，大大缩短设计周期，提高设计效率。

2. 降低设计成本：通过数据驱动的优化设计和智能算法的优化设计，可以减少设计师的工作量，降低设计成本。

3. 提高天线性能：人工智能技术可以通过学习和分析大量数据，发现设计参数与天线性能之间的潜在关系，从而实现天线的自动优化，提高天线的性能。

4. 适应性强：人工智能技术可以适应不同的天线类型和工作环境，为设计师提供更广泛的设计方案。

五、结论基于人工智能的天线优化设计是无线通信技术发展的重要方向。

宽带圆极化天线设计探究摘要：圆极化天线相比于线极化天线具有减少极化不匹配、降低多径干扰和遏抑法拉第旋转效应等优点，因此，本文旨在对低剖面宽带圆极化天线进行研究，以满足先进移动通信和卫星通信等系统的需求，该研究具备广阔的应用前景。

关键词：宽带圆极化；天线设计；1 宽带圆极化天线优势分析1.1圆极化天线可以有效降低多径干扰效应带来的影响在电磁波的传播路径中，除了空气之外还存在大型建筑、地面和高山等物体，当电磁波遇到这些物体后会发生反射和透射等现象，电磁波的强度、方向和极化等属性可能会发生一定的改变。

这些电磁波的变化都会对无线通信系统的传输质量造成一定的影响，使信息的有效传递面对极大的挑战，相对于线极化天线，圆极化天线可以很好的应对这些挑战。

1.2圆极化天线可以有效降低法拉第效应带来的影响在卫星通信中，当电磁波穿过电离层时，电离层中离子化的带状区域会使电磁波的极化角度发生偏转，对低频工作的电磁波影响尤为明显。

这种极化角度的偏转对线极化电磁波的影响是巨大的，很有可能导致线极化的接收天线无法有效的接收信号，而圆极化电磁波由于其自身具有自旋方向的原因，可以极大的减少法拉第效应对其的影响。

1.3 圆极化天线可以有效的应对极化失配现象以提高信号质量在天线装配过程中，线极化天线需要严格的进行固定角度的装配，而圆极化天线在装配过程中，发射天线和接收天线之间不需要严格的按照角度进行装配。

这是因为线极化天线如果没有按照固定角度进行装配时，天线工作过程中会出现极化失配的现象，导致信号质量变差甚至无法接收信号，而圆极化天线由于其具有自旋的特点，则不需要特别担心这个问题。

圆极化天线可以有效的应对极化失配现象以提高信号质量。

因为圆极化电磁波可以分解为两个相互正交的线极化波（振幅相同，相位正交），即圆极化电磁波可以由两个相互正交的线极化波组成。

因此，圆极化天线可以有效的对线极化电磁波进行接收，从而在一定程度上减弱天气和多径反射等干扰，广泛的应用于雷达和卫星等通信系统中。

专利名称：基于特征模分析方法的圆极化超表面天线的设计方法
专利类型：发明专利
发明人：林海,陈炜,丁晖,李岳洲,胡南
申请号：CN201910590278.1
申请日：20190702
公开号：CN110350323A
公开日：
20191018
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于特征模分析方法的圆极化超表面天线的设计方法。

本发明一种基于特征模分析方法的圆极化超表面天线的设计方法，包括：通过特征模的方法分析超表面模式意义modal significance,特征角characteristic angle,表面电流surface current；根据实际的需求选择所要激发的模式电流；用特征模方法对超表面结构做定向性的调整；设计合适的馈电结构。

本发明的有益效果：(1)在不需要大量工程经验和精确的预设参数的情况下，确定所要激发的模式；(2)根据所要激发的模式，直接确定馈电点位置和馈电结构，简单高效。

申请人：苏州迈斯维通信技术有限公司
地址：215000 江苏省苏州市高新区通安镇真北路88号6号楼3楼
国籍：CN
代理机构：苏州市中南伟业知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：苏张林
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