一种基于遗传算法的车载PIFA天线设计方法及其天线.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115000685A(43)申请公布日2022.09.02(21)申请号202210637043.5(22)申请日2022.06.07(71)申请人同济大学地址200092上海市杨浦区四平路1239号(72)发明人童美松叶敏刘文杰(74)专利代理机构上海科律专利代理事务所(特殊普通合伙)31290专利代理师叶凤(51)Int.Cl.H01Q1/36(2006.01)H01Q1/50(2006.01)H01Q1/48(2006.01)H01Q13/10(2006.01)H01Q5/20(2015.01)权利要求书2页说明书7页附图10页(54)发明名称一种基于遗传算法的车载PIFA天线设计方法及其天线(57)摘要一种基于遗传算法的车载PIFA天线设计方法及其天线，通过改变天线的辐射单元的结构并结合改进的遗传算法实现多频带。其中遗传算法的改进体现在编码方式、初始化种群的方法以及适应度的选取；编码方式上更容易表示辐射单元的结构；初始化种群的方法考虑到了设计天线的通识，又可以极大缩短运算时间；适应度也是针对天线的目标结果进行合适的选取。采用在辐射单元上开各种槽的方式，结合遗传算法进行结构优化，用多缝隙法实现多频带。工作的频段覆盖了2.4‑2.484GHz和4.8‑5GHz。天线在两个频带的带宽分别是0.05GHz和0.4GHz，具有小型化，水平全向辐射，便于和其他的微波器件集成的优点。而且此天线使用的遗传算法可以运用于其他天线的设计，具有可拓展和可优化的特点。CN115000685ACN115000685A权利要求书1/2页1.一种基于遗传算法的车载PIFA天线的设计方法，步骤包括：步骤1，通过建模得到基础的PIFA天线构造；所述天线为立体结构，包括辐射单元、金属短路片、同轴馈线和接地平面；其中所述辐射单元边缘和接地平面平行，所述金属短路片连接辐射单元边缘和接地平面，通过所述同轴馈线穿过接地平面进行馈电；步骤2，通过改变步骤1中天线的辐射单元的结构来实现多频化：采用在辐射单元上开各种槽的方式，结合遗传算法进行结构优化，用多缝隙法实现多频带。2.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的车载PIFA天线的设计方法，其特征在于；所述步骤2，利用遗传算法进行天线结构优化，在编码方式、初始化种群和计算适应度上做出改进：首先，编码方式采用二进制编码，将基因序列用二进制字符串或二进制数组来表示；在PIFA天线上对辐射单元开不同的槽产生多个工作频带，PIFA表面的结构作为遗传算法中染色体上的基因；将PIFA天线的表面辐射单元分割成多个小方格，每个小方格的值是“1”或“0”；当小方格的值是“1”时代表这个位置是有金属，反之“0”代表这个位置需要开孔；用一个二维数组代表PIFA天线辐射单元的结构，即对应着不同的PIFA天线；其次，在初始化种群中采用两条“十”字型缝隙结构，具体的操作为：首先随机生成一组从小到大排列的八位十进制数组(X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8)，然后随机生成两组从小到大排列的四位十进制数组(Y11,Y12,Y13,Y14)和(Y21,Y22,Y23,Y24)，那这样直线X＝X1、直线X＝X4、直线Y＝Y11和直线Y＝Y14围成一个矩形，再用直线X＝X2、直线X＝X3、直线Y＝Y12和直线Y＝Y13将这个矩形切割成一个“十”字型结构，这个“十”字型内部区域内方格的值为“0”，即为缝隙；同理，直线X＝X5、直线X＝X6、直线X＝X7、直线X＝X8、直线Y＝Y21、直线Y＝Y24、直线Y＝Y21和直线Y＝Y24也围成一个“十”字型结构，“十”字型内部区域内方格的值也为“0”；最后，对于计算每个子代的适应度：因为本发明设计的天线为双频，所以只需要考虑天线的反射系数即S11参数的值；选定2.4‑2.484GHz和4.8‑5GHz作为所设计车载通信天线的工作频带，适应度为两个频带S11参数的绝对值之和。3.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的车载PIFA天线的设计方法，其特征在于；包括辐射单元、金属短路片、同轴馈线和接地平面，采用多缝隙法并遗传算法优化实现多频带，所述天线工作的频段覆盖了2.4‑2.484GHz和4.8‑5GHz，在两个频带的带宽分别是0.05GHz和0.4GHz。4.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的车载PIFA天线的设计方法，其特征在于；所述辐射单元、金属短路片和接地平面材料相同，均采用1mm厚的金属铜板。5.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的车载PIFA天线的设计方法，其特征在于；所述PIFA天线的尺寸为10mm×15mm×8mm。6.根据权利要求1所述的一种基于遗传算法的车载PIFA天线的设计方法，其特征在于；所述辐射单元为由遗传算法优化