带宽增强Microstrip-Line-Fed印刷旋转Wide-Slot天线基于Self-Shape混合算法

文摘

本文提出一种self-shape混合算法来提高天线的带宽。设计印刷天线带宽增强基于该算法;这种方法也可以用来提高带宽在其他应用程序中。天线完全覆盖WLAN乐队和WiMAX乐队之后应用该算法。旋转槽和寄生贴片的形状也改变,刺激额外的共振,提高了在高频阻抗匹配。测试结果表明,该天线可以从2.07 GHz 5.94 GHz 。缝隙天线相比没有self-shape混合算法,带宽增加超过0.7 GHz。

1。介绍

小型化和宽带缝隙天线的设计(1)已经流行与患病率的增加近年来无线通信技术。微带天线的带宽必须得到改进,使其适用于无线通信的应用程序。本文提出一种self-shape混合算法来提高天线的带宽。该算法比现有的带宽改进技术和更方便可以扩展到更广泛的各种各样的天线。

微带天线wide-slot低成本,有宽带,可以方便地集成到单片机设备。许多研究人员探索小型化微带缝隙天线的带宽扩展。例如,天线带宽可以增加三倍增加广场补丁传统l型饲料(2]。微带贴片天线的带宽可以增加三倍通过引入分形缺口(3]。微带缝隙天线的带宽与蚀刻分形槽达到2.4 GHz (4]。一个圆形槽添加到印刷缝隙天线,以增加其带宽超过158% (5]。提要微带天线的带宽可以增加了100%以上,可以增强和辐射模式,通过选择一个合适的饲料形状与槽的形状(6]。微带天线的旋转槽显示传统设计,提高了4倍带宽高达2.2 GHz (7]。寄生贴片(8)可以添加到rotating-slow微带天线(7)进一步改善其阻抗带宽从1.80 -6.09 GHz。放置一个寄生slot-shaped补丁到印刷天线的中间可以进一步增加从2.23到5.53 GHz的带宽9]。调优存根(10)进行了优化,进一步提高带宽基于天线设计在9]。研究了不同形状的优化存根(11产生一系列不同的带宽。许多自动化的设计方法和优化算法提出并引入到天线设计。动物迁徙优化(AMO)算法(12)是用于优化天线的设计。在[13),通用算法用于优化补丁天线。介绍了粒子群优化(PSO) (14)加强spline-shaped超宽频天线。形状混合算法(15,16),混合两种形状发展印刷CPW天线的贴片,获得一个超宽频带宽。相比与传统的天线设计和带宽扩展方法,设计过程中使用优化算法需要更少的天线设计技能和专业技能的设计师和是可扩展更多的不同类型的天线。

摘要self-shape混合算法开发改善天线的带宽。与天线相比,具有类似几何(7,9天线的带宽,使用self-shape混合算法改进。,该方法具有相同的优化算法的优势。另一方面,与基本形状混合算法相比,self-shape混合算法不需要找到不同形状的源和目标。天线相比(9),该方法提高了带宽从3.11 GHz (2.26 -5.37 GHz)到3.53 GHz (2.38 -5.91 GHz)基于仿真结果。测量结果表明,该天线带宽可达3.87 GHz (2.07 -5.94 GHz)。

2。Self-Shape混合算法

Self-shape混合源于形状混合。形状混合融合源形状和目标形状;的目标形状self-shape混合算法是一样的形状。

self-shape混合算法融合自己的分在一起。具体步骤如下:(1)为源和目标选择一个形状(2)选择一系列的分源系列形状和另一个目标的形状(3)确定相应的规则点(4)保险丝的每一对对应点

这是一个具体的例子self-shape混合的过程。第一步是选择一个系列的源点的形状,如图1(一):- - - - - -和- - - - - -选择的点目标的形状。对应点 , 对应于 ,…,对应于 。线性插值用于混合每一对对应点,所以我们得到了混合的结果C(t),

3所示。天线设计

天线提出了基于参考天线(9结构如图2。参考天线的形状改变了这里使用self-shape混合算法来改善其带宽,然后对参考天线相比,观察其性能。源形状取决于参考先前的研究。微带天线的贴片和槽的形状都会影响带宽,所以贴片的形状和位置可以同时进行优化。

我们self-shape混合算法应用于设计天线的贴片和槽形状标记起飞向东方,如图3。顶点之间的关系和路径确定根据源形状对应目标的形状。顶点对应使用这个路径找到对应点的源和目标形状的形状。对应的点是融合。融合后生成的点是点的新人物,产生一系列的天线的形状。我们这里使用的点都在同一个图。第二点在图1图2的第一点,和随后的点是类似的。原理图所示4,在那里- - - - - -对应于- - - - - -和- - - - - -对应于- - - - - -。

顶点的路径下通过线性插值来解决问题。在前一节中描述的例子一样,C(t)的self-blended结果一个(t),B(t),F(t)的self-blended结果C(t),D(t),如表现在以下两个方程: 在哪里n= 8。C(t)槽的形状和使用F(t)是作为寄生贴片的形状。一个和D代表的源点的集合形状,B和E代表目标形状的点的集合,和t是混合形状系数。

如图5,获得了一系列的天线形式不断变化t价值。

图6(一)显示参考天线的几何形状(9并提出了天线。图6 (b)显示了一个参考天线和图的照片6 (b)显示的照片制造天线(规模=毫米)。

两个底物与天线的设计 , ,和1.6毫米的高度。底物是37毫米×37毫米大小。一个新的旋转槽和旋转补丁被添加到参考天线(9self-shape)的混合算法。寄生贴片和槽旋转方块基于参考结构(9]。所有的金属部件是铜做的0.05毫米厚度。理想导体(压电)也用于模拟,这是由有限元法(FEM) HFSS15。天线的尺寸表中列出1。

相比与传统的微带wide-slot天线,天线的带宽可以提高通过添加一个旋转槽形状(7]。而微带wide-slot天线(7),带宽可以进一步提高了嵌入一个寄生贴片为旋转的中心广场槽(9]。而微带wide-slot天线(9),带宽是进一步提高本研究通过改变寄生贴片的形状和旋转的方槽self-shape混合算法。

4所示。结果与讨论

不同的t值可以有不同的补丁和槽的形状。换句话说,t值产生不同的天线结构。我们模拟不同的天线t值如图7。

作为t值改变,从而创建不同的天线形状,一系列的同样的形式。当t= 0,天线具有源形状及其带宽2.26 - -5.37 GHz。当t= 0.1,天线贴片和槽形状变化和出现新的共振模式从而增加2.32 - -5.59 GHz的带宽。当t= 0.2,天线贴片和槽形状继续变化和新的谐振模式接近现有的谐振模式;两个谐振模式融合产生广泛的带宽2.38 -5.91 GHz。当t= 0.3,融合两种谐振模式开始恶化,带宽分为两段,2.48 - -3.81 GHz -5.99和4.84 GHz。当t= 0.4,融合情况进一步恶化,带宽是完全分为两个不同的部分,2.51 - -3.49 GHz -5.99和5.12 GHz。

天线的电流分布在2.7 GHz和5.76 GHz的频率图所示8。数据8(一个)和8 (c)显示原来的天线,而数字8 (b)和8 (d)最后,优化天线。寄生贴片表面电流的这一研究获得的是参考天线的价格相比显著增强(9]。这也表明,馈线和寄生贴片之间的耦合增强由于寄生贴片的变化和差距。coupling-related增强进一步改善天线匹配和带宽特性。其他的表面电流分布频率似乎是相似的在低频率(图8 (b)(图)和高频率8 (d))。

天线的结果如图9。原来的天线了t= 0。最后仿真天线获得t= 0.2和3.53 GHz的带宽(2.38 -5.91 GHz)。最后的天线带宽测量是3.87 GHz (2.07 - -5.94 GHz);原来的天线的模拟带宽3.11 GHz (2.26 -5.37 GHz),原来的天线的测量带宽3.09 GHz (2.38 -5.47 GHz)。天线是捏造的使用尺寸图6(一)。测量和模拟结果一致,但表现出一些错误,我们主要属性生产过程未能产生一个结构完全相同的形状的模拟。此外,有SMA和焊接接头缺陷我们受到测量的结构。

我们用于带宽测量的仪器是一个矢量网络分析仪(VNA)(图10)。天线的辐射参数进行了测试在测试室(图11)。

归一化辐射模式2.7 GHz和5.76 GHz图所示12。上的辐射模式E飞机(x- - - - - -z飞机)在数据几乎是双向的12(一个)和12 (c)。在H平面辐射模式(y- - - - - -z飞机)维护重要的全向特性在整个频带数字12 (b)和12 (d)。测量结果表明,该天线的辐射特性类似的参考天线7,9]。图13显示测量的绝对收益约为2.5 - -4.65 dBi的范围2000 - 2700 MHz,约4.64 - -4.65 dBi的范围2700 - 5000 MHz,约2.9 - -4.64 dBi的5000 - 5940 MHz。测量和模拟结果是一致的,同样,该天线进行类似的参考天线(9]。

与其他方法相比,带宽的改善(7,9,17,18),该方法更适用于广泛的天线。相比,近年来,许多文献对带宽的改善天线的带宽改进本文更多。在[7,9,19- - - - - -22),该方法也有效地独立于天线理论和可以明显改善现有的天线设计(表2)。

5。结论

本文提出一种self-shape融合算法对天线带宽的提高。这种方法可以用来改善各种类型的天线的带宽。基于该算法的微带缝隙天线测试证明了该算法的可行性和有效性。self-shape混合算法提高了天线的工作带宽进口extraresonances。该天线具有更大的带宽比类似的参考天线(9]。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(批准号61501153和61501153),毫米波的国家重点实验室(批准号K202012)和浙江省自然科学基金(批准号LQY20F010001)。

引用

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