CN116611273A - 宽带高增益传输阵天线的优化设计方法、***及相关设备 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于传输阵天线领域，提供了一种宽带高增益传输阵天线的优化设计方法、***及相关设备。本发明通过预设优化算法计算出传输阵中每一介质单元的优化介电常数，再根据每一介质单元的优化介电常数通过3D打印技术进行制造成介质单元实体，介质单元实体的介电常数可通过改变打印材料的填充比使得与优化介电常数相同，最终再将每一介质单元与天线搭载组合成传输阵天线，使得传输阵天线在宽带范围内增益得到提高，工作频带更宽，并且整个传输阵天线的设计过程简单，解决了现有技术中设计过程复杂的问题。
Description
技术领域
本发明适用于传输阵天线领域，尤其涉及一种宽带高增益传输阵天线的优化设计方法、***及相关设备。
背景技术
随着无线通信技术的迅速发展,人们对通信质量和通信带宽越来越重视。天线作为通信***的前端，是非常重要的组成部分，其性能的好坏直接影响整个通信***。所以人们对于天线的要求趋于宽频带、高增益。
近年来，许多学者因传输阵天线成本低、质量轻、易于制造、高增益等优点对其产生了广泛的兴趣。传输阵天线主要由传输阵面和馈源天线组成，它能将馈源天线的入射波转换成所需要的出射波。传输阵面一般由超表面组成，超表面是一种排布了人造亚波长结构的超薄阵列平面，将这些亚波长结构作为共振的光学天线，可以对入射电磁波的振幅，相位和偏振进行任意地操控，从而塑造电磁波的波前。而超表面的电磁特性主要取决于亚波长结构的具体几何形状和排列方式，在电磁波控制方面有着前所未有的优越性。然而大多数传输阵天线都面临着带宽窄和设计过程复杂的问题。
因此，为了满足实际应用的需求，设计出宽频带高增益天线是当前研究的难点与热点。
发明内容
本发明提供一种宽带高增益传输阵天线的优化设计方法、***及相关设备，旨在解决现有技术中传输阵天线中存在的带宽窄和设计过程复杂的问题。
第一方面，本发明提供一种宽带高增益传输阵天线的优化设计方法，所述优化设计方法包括以下步骤：
构建所述宽带高增益传输阵天线对应的传输阵的基础结构以及结构参数，以建立传输阵模型，其中所述结构参数包括介电常数，所述基础结构包括至少一个介质单元，每个所述介质单元分别对应不同的所述介电常数；
将所述传输阵模型作为电磁仿真软件的输入进行电磁仿真，得到仿真数据，并将所述仿真数据代入预设优化算法中，以实现对所述传输阵模型中的每一所述介质单元所对应的所述介电常数进行迭代优化，当迭代优化的结果在预设迭代次数中保持不变时，将最后一次迭代的结果作为输出，输出的结果为所述介质单元的优化介电常数；
根据每一所述优化介电常数生成介质单元实体，并通过改变所述介质单元实体的生成材料的填充比使得所述介质单元实体的介电常数与所述优化介电常数相同；
将多个所述介质单元实体与天线搭载组合得到优化后的所述宽带高增益传输阵天线。
优选的，所述基础结构为圆形，所述介质单元为圆形或圆环形。
优选的，所述根据每一所述优化介电常数生成介质单元实体的步骤中，生成所述介质单元实体的方式为3D打印。
优选的，所述预设优化算法包括目标函数，所述目标函数包括增益优化目标以及带宽优化目标，定义所述目标函数为，所述增益优化目标为/>，所述带宽优化目标为/>，则所述目标函数/>满足下列关系式：
；
其中，ω 1代表所述增益优化目标的权重，ω 2代表所述带宽优化目标的权重，x代表所述传输阵，当x=x N时表示当前计算的是所述传输阵中第N个所述介质单元的所述目标函数，N的大小等于所述传输阵中所述介质单元的数目。
优选的，所述增益优化目标满足下列关系式：
其中，max freq表示预设最大频率，min freq表示预设最小频率，表示所述传输阵的宽频增益。
优选的，所述宽频增益满足下列关系式：
；
其中，G i (x)和R i (x)分别表示目标增益和实际增益，当所述实际增益大于期望值则所述宽频增益=0，否则所述宽频增益/>等于所述目标增益与所述实际增益的差值。
优选的，所述带宽优化目标满足下列关系式：
其中，B代表目标带宽，Band(x)表示当前所述介质单元的实际带宽，K代表常数为了使所述增益优化目标和所述带宽优化目标/>保持相同的数量集。
第二方面本发明还提供一种宽带高增益传输阵天线的优化设计***，所述优化设计***包括以下模块：
建立模型模块，用于构建所述宽带高增益传输阵天线对应的传输阵的基础结构以及结构参数，以建立传输阵模型，其中所述结构参数包括介电常数，所述基础结构包括至少一个介质单元，每个所述介质单元分别对应不同的所述介电常数；
优化模块，用于将所述传输阵模型作为电磁仿真软件的输入进行电磁仿真，得到仿真数据，并将所述仿真数据代入预设优化算法中，以实现对所述传输阵模型中的每一所述介质单元所对应的所述介电常数进行迭代优化，当迭代优化的结果在预设迭代次数中保持不变时，将最后一次迭代的结果作为输出，输出的结果为所述介质单元的优化介电常数；
生成模块，用于根据每一所述优化介电常数生成介质单元实体，并通过改变所述介质单元实体的生成材料的填充比使得所述介质单元实体的介电常数与所述优化介电常数相同；
组合模块，用于将多个所述介质单元实体组合得到优化后的所述宽带高增益传输阵天线。
第三方面，本发明还提供一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的宽带高增益传输阵天线的优化设计程序，所述处理器执行所述宽带高增益传输阵天线的优化设计程序时实现如上述实施例中任意一项所述的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法中的步骤。
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有宽带高增益传输阵天线的优化设计程序，所述宽带高增益传输阵天线的优化设计程序被处理器执行时实现如上述实施例中任意一项所述的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法中的步骤。
本发明所达到的有益效果，在于通过预设优化算法计算出传输阵中每一介质单元的优化介电常数，再根据每一介质单元的优化介电常数通过3D打印技术进行制造成介质单元实体，介质单元实体的介电常数可通过改变打印材料的填充比使得与优化介电常数相同，最终再将每一介质单元与天线搭载组合成传输阵天线，使得传输阵天线在宽带范围内增益得到提高，工作频带更宽，并且整个传输阵天线的设计过程简单，解决了现有技术中设计过程复杂的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法的流程框图；
图2是本发明实施例提供的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法的传输阵基本结构；
图3是本发明实施例提供的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法的增益对比图；
图4是本发明实施例提供的宽带高增益传输阵天线的优化设计***示意图；
图5是本发明实施例提供的宽带高增益传输阵天线的优化设计计算机设备示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
（实施例一）
请参照图1-图3，图1是本发明实施例提供的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法的流程框图；图2是本发明实施例提供的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法的传输阵基本结构；图3是本发明实施例提供的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法的增益对比图，具体包括以下步骤：
S101、构建所述宽带高增益传输阵天线对应的传输阵的基础结构以及结构参数，以建立传输阵模型，其中所述结构参数包括介电常数，所述基础结构包括至少一个介质单元，每个所述介质单元分别对应不同的所述介电常数；
在本发明实施例中，通过仿真发现喇叭天线辐射场的相位分布呈现近似圆环分布，在相同半径内电磁波相位保持一致。电磁波在通过介质时，其相位的变化与介质波长以及介质的厚度有关，其中介质波长由与介质的介电常数有关。因此可以通过改变介质的介电常数或厚度将不同相位的电磁波进行补偿，实现将喇叭天线发射的球面波转化为近似平面波辐射，从而显著提高天线增益。本发明将传输阵的基础结构设置为圆形，介质单元设置为圆环形，这能够更好的进行相位补偿。
并且，从上述分析可知通过改变介质的介电常数和介质厚度能有效的对电磁波进行调控，考虑到实际应用时需要进行***集成或者共形。为了方便集成和共形，在本发明实施例中将介质的介电常数作为优化参数，介质的厚度保持不变。将传输阵的基础结构划分为的六个成圆环形或圆形的介质单元，每个介质单元对应不同的介电常数，介质单元的数目可根据实际情况进行调整，在此不做限制。传输阵基本结构如图2所示，其中至/>分别表示六个介质单元。
S102、将所述传输阵模型作为电磁仿真软件的输入进行电磁仿真，得到仿真数据，并将所述仿真数据代入预设优化算法中，以实现对所述传输阵模型中的每一所述介质单元所对应的所述介电常数进行迭代优化，当迭代优化的结果在预设迭代次数中保持不变时，将最后一次迭代的结果作为输出，输出的结果为所述介质单元的优化介电常数；
在本发明实施例中，电磁仿真软件采用CST（Computer Simulation Technology），预设优化算法包括选择、交叉以及变异步骤，且所述预设优化算法包括目标函数，所述目标函数包括增益优化目标以及带宽优化目标，定义所述目标函数为，所述增益优化目标为/>，所述带宽优化目标为/>，则所述目标函数/>满足下列关系式：
；
其中，ω1代表所述增益优化目标的权重，ω2代表所述带宽优化目标的权重，x代表所述传输阵，当x=x N时表示当前计算的是所述传输阵中第N个所述介质单元的所述目标函数，N的大小等于所述传输阵中所述介质单元的数目。
所述增益优化目标满足下列关系式：
其中，maxfreq表示预设最大频率，minfreq表示预设最小频率，表示所述传输阵的宽频增益。在本发明实施例中预设最大频率为18GHz，预设最小频率为6GHZ。
所述宽频增益满足下列关系式：
；
其中，G i (x)和R i (x)分别表示目标增益和实际增益，当所述实际增益大于期望值则所述宽频增益=0，否则所述宽频增益/>等于所述目标增益与所述实际增益的差值。
所述带宽优化目标满足下列关系式：
其中，B代表目标带宽，Band(x)表示当前所述介质单元的实际带宽，K代表常数为了使所述增益优化目标和所述带宽优化目标/>保持相同的数量集。
在本发明实施例中，将通过CST进行电磁仿真得到的仿真数据作为所述预设优化算法的输入进行迭代优化，当迭代优化的结果在预设迭代次数中保持不变时，将最后一次迭代的结果作为输出，输出的结果为所述介质单元的优化介电常数，其中预设迭代次数为15次，可根据实际情况进行调整，在此不对预设迭代次数的数目做出限制。
表1表示本发明实施例六个介质单元的优化介电常数。
【表1】
S103、根据每一所述优化介电常数生成介质单元实体，并通过改变所述介质单元实体的生成材料的填充比使得所述介质单元实体的介电常数与所述优化介电常数相同；
在本发明实施例中，根据步骤S102中得到的每一介质单元对应的优化介电常数通过3D打印技术生成介质单元实体，为了使得介质单元实体的介电常数与优化介电常数相同，可通过改变所述介质单元实体的生成材料的填充比来实现。
S104、将多个所述介质单元实体与天线搭载组合得到优化后的所述宽带高增益传输阵天线。
在本发明实施例中，为了验证传输阵天线的效果，将所述传输阵天线与喇叭天线分别进行实测，实测结果如图3所示。通过对比可以看出来，本发明实施例提供的所述传输阵天线在宽带范围内增益得到了提高。
本发明所达到的有益效果，在于通过预设优化算法计算出传输阵中每一介质单元的优化介电常数，再根据每一介质单元的优化介电常数通过3D打印技术进行制造成介质单元实体，介质单元实体的介电常数可通过改变打印材料的填充比使得与优化介电常数相同，最终再将每一介质单元与天线搭载组合成传输阵天线，使得传输阵天线在宽带范围内增益得到提高，工作频带更宽，并且整个传输阵天线的设计过程简单，解决了现有技术中设计过程复杂的问题。
（实施例二）
本发明实施例还提供一种宽带高增益传输阵天线的优化设计***，请参照图4，图4是本发明实施例提供的宽带高增益传输阵天线的优化设计***200的结构示意图，其包括：
建立模型模块，用于构建所述宽带高增益传输阵天线对应传输阵的基础结构以及结构参数，以建立传输阵模型，其中所述结构参数包括介电常数，所述基础结构包括至少一个介质单元，每个所述介质单元分别对应不同的所述介电常数；
在本发明实施例中，通过仿真发现喇叭天线辐射场的相位分布呈现近似圆环分布，在相同半径内电磁波相位保持一致。电磁波在通过介质时，其相位的变化与介质波长以及介质的厚度有关，其中介质波长由与介质的介电常数有关。因此可以通过改变介质的介电常数或厚度将不同相位的电磁波进行补偿，实现将喇叭天线发射的球面波转化为近似平面波辐射，从而显著提高天线增益。本发明将传输阵的基础结构设置为圆形，介质单元设置为圆环形，这能够更好的进行相位补偿。
并且，从上述分析可知通过改变介质的介电常数和介质厚度能有效的对电磁波进行调控，考虑到实际应用时需要进行***集成或者共形。为了方便集成和共形，在本发明实施例中将介质的介电常数作为优化参数，介质的厚度保持不变。将传输阵的基础结构划分为的六个成圆环形或圆形的介质单元，每个介质单元对应不同的介电常数，介质单元的数目可根据实际情况进行调整，在此不做限制。
优化模块，用于将所述传输阵模型作为电磁仿真软件的输入进行电磁仿真，得到仿真数据，并将所述仿真数据代入预设优化算法中，以实现对所述传输阵模型中的每一所述介质单元所对应的所述介电常数进行迭代优化，当迭代优化的结果在预设迭代次数中不变时，将最后一次迭代的结果作为输出，输出的结果为所述介质单元的优化介电常数；
在本发明实施例中，电磁仿真软件采用CST（Computer Simulation Technology），预设优化算法包括选择、交叉以及变异步骤，且所述预设优化算法包括目标函数，所述目标函数包括增益优化目标以及带宽优化目标，定义所述目标函数为，所述增益优化目标为/>，所述带宽优化目标为/>，则所述目标函数/>满足下列关系式：
；
其中，ω1代表所述增益优化目标的权重，ω2代表所述带宽优化目标的权重，x代表所述传输阵，当x=x N时表示当前计算的是所述传输阵中第N个所述介质单元的所述目标函数，N的大小等于所述传输阵中所述介质单元的数目。
所述增益优化目标满足下列关系式：
其中，maxfreq表示预设最大频率，minfreq表示预设最小频率，表示所述传输阵的宽频增益。在本发明实施例中预设最大频率为18GHz，预设最小频率为6GHZ。
所述宽频增益满足下列关系式：
；
其中，G i (x)和R i (x)分别表示目标增益和实际增益，当所述实际增益大于期望值则所述宽频增益=0，否则所述宽频增益/>等于所述目标增益与所述实际增益的差值。
所述带宽优化目标满足下列关系式：
其中，B代表目标带宽，Band(x)表示当前所述介质单元的实际带宽，K代表常数为了使所述增益优化目标和所述带宽优化目标/>保持相同的数量集。
在本发明实施例中，将通过CST进行电磁仿真得到的仿真数据作为所述预设优化算法的输入进行迭代优化，当迭代优化的结果在预设迭代次数中不变时，将最后一次迭代的结果作为输出，输出的结果为所述介质单元的优化介电常数，其中预设迭代次数为15次，可根据实际情况进行调整，在此不对预设迭代次数的数目做出限制。
表1表示本发明实施例六个介质单元的优化介电常数。
【表1】
生成模块，用于根据每一所述优化介电常数生成介质单元实体，并通过改变所述介质单元实体的生成材料的填充比使得所述介质单元实体的介电常数与所述优化介电常数相同；
在本发明实施例中，根据步骤S102中得到的每一介质单元对应的优化介电常数通过3D打印技术生成介质单元实体，为了使得介质单元实体的介电常数与优化介电常数相同，可通过改变所述介质单元实体的生成材料的填充比来实现。
组合模块，用于将多个所述介质单元实体组合得到优化后的所述宽带高增益传输阵天线。
所述宽带高增益传输阵天线的优化设计***200能够实现如上述实施例中的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法中的步骤，且能实现同样的技术效果，参上述实施例中的描述，此处不再赘述。
（实施例三）
本发明实施例还提供一种计算机设备，请参照图5，图5是本发明实施例提供的计算机设备的结构示意图，所述计算机设备300包括：存储器302、处理器301及存储在所述存储器302上并可在所述处理器301上运行的计算机程序。
所述处理器301调用所述存储器302存储的宽带高增益传输阵天线的优化设计程序，执行本发明实施例提供的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法中的步骤，请结合图5，具体包括以下步骤：
S101、构建所述宽带高增益传输阵天线对应的传输阵的基础结构以及结构参数，以建立传输阵模型，其中所述结构参数包括介电常数，所述基础结构包括至少一个介质单元，每个所述介质单元分别对应不同的所述介电常数；
S102、将所述传输阵模型作为电磁仿真软件的输入进行电磁仿真，得到仿真数据，并将所述仿真数据代入预设优化算法中，以实现对所述传输阵模型中的每一所述介质单元所对应的所述介电常数进行迭代优化，当迭代优化的结果在预设迭代次数中不变时，将最后一次迭代的结果作为输出，输出的结果为所述介质单元的优化介电常数；
S103、根据每一所述优化介电常数生成介质单元实体，并通过改变所述介质单元实体的生成材料的填充比使得所述介质单元实体的介电常数与所述优化介电常数相同；
S104、用于将多个所述介质单元实体组合得到优化后的所述宽带高增益传输阵天线。
本发明实施例提供的计算机设备300能够实现如上述实施例中的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法中的步骤，且能实现同样的技术效果，参上述实施例中的描述，此处不再赘述。
（实施例四）
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有宽带高增益传输阵天线的优化设计程序，该宽带高增益传输阵天线的优化设计程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法中的各个过程及步骤，且能实现相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存取存储器（Random AccessMemory，简称RAM）等。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端（可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式用等同变化，均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种宽带高增益传输阵天线的优化设计方法，其特征在于，所述优化设计方法包括以下步骤：
构建所述宽带高增益传输阵天线对应的传输阵的基础结构以及结构参数，以建立传输阵模型，其中所述结构参数包括介电常数，所述基础结构包括至少一个介质单元，每个所述介质单元分别对应不同的所述介电常数；
将所述传输阵模型作为电磁仿真软件的输入进行电磁仿真，得到仿真数据，并将所述仿真数据代入预设优化算法中，以实现对所述传输阵模型中的每一所述介质单元所对应的所述介电常数进行迭代优化，当迭代优化的结果在预设迭代次数中保持不变时，将最后一次迭代的结果作为输出，输出的结果为所述介质单元的优化介电常数；
根据每一所述优化介电常数生成介质单元实体，并通过改变所述介质单元实体的生成材料的填充比使得所述介质单元实体的介电常数与所述优化介电常数相同；
将多个所述介质单元实体与天线搭载组合得到优化后的所述宽带高增益传输阵天线。
2.如权利要求1所述的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法，其特征在于，所述基础结构为圆形，所述介质单元为圆形或圆环形。
3.如权利要求1所述的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法，其特征在于，所述根据每一所述优化介电常数生成介质单元实体的步骤中，生成所述介质单元实体的方式为3D打印。
4.如权利要求1所述的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法，其特征在于，所述预设优化算法包括目标函数，所述目标函数包括增益优化目标以及带宽优化目标，定义所述目标函数为，所述增益优化目标为/>，所述带宽优化目标为/>，则所述目标函数满足下列关系式：
；
其中，ω 1代表所述增益优化目标的权重，ω 2代表所述带宽优化目标的权重，x代表所述传输阵，当x=x N时表示当前计算的是所述传输阵中第N个所述介质单元的所述目标函数，N的大小等于所述传输阵中所述介质单元的数目。
5.如权利要求4所述的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法，其特征在于，所述增益优化目标满足下列关系式：
其中，max freq表示预设最大频率，min freq表示预设最小频率，表示所述传输阵的宽频增益。
6.如权利要求5所述的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法，其特征在于，所述宽频增益满足下列关系式：
；
其中，G i (x)和R i (x)分别表示目标增益和实际增益，当所述实际增益大于期望值则所述宽频增益=0，否则所述宽频增益/>等于所述目标增益与所述实际增益的差值。
7.如权利要求6所述的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法，其特征在于，所述带宽优化目标满足下列关系式：
其中，B代表目标带宽，Band(x)表示当前所述介质单元的实际带宽，K代表常数为了使所述增益优化目标和所述带宽优化目标/>保持相同的数量集。
8.一种宽带高增益传输阵天线的优化设计***，其特征在于，所述优化设计***包括以下模块：
建立模型模块，用于构建所述宽带高增益传输阵天线对应的传输阵的基础结构以及结构参数，以建立传输阵模型，其中所述结构参数包括介电常数，所述基础结构包括至少一个介质单元，每个所述介质单元分别对应不同的所述介电常数；
优化模块，用于将所述传输阵模型作为电磁仿真软件的输入进行电磁仿真，得到仿真数据，并将所述仿真数据代入预设优化算法中，以实现对所述传输阵模型中的每一所述介质单元所对应的所述介电常数进行迭代优化，当迭代优化的结果在预设迭代次数中保持不变时，将最后一次迭代的结果作为输出，输出的结果为所述介质单元的优化介电常数；
生成模块，用于根据每一所述优化介电常数生成介质单元实体，并通过改变所述介质单元实体的生成材料的填充比使得所述介质单元实体的介电常数与所述优化介电常数相同；
组合模块，用于将多个所述介质单元实体组合得到优化后的所述宽带高增益传输阵天线。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的宽带高增益传输阵天线的优化设计程序，所述处理器执行所述宽带高增益传输阵天线的优化设计程序时实现如权利要求1-7中任意一项所述的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法中的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有宽带高增益传输阵天线的优化设计程序，所述宽带高增益传输阵天线的优化设计程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任意一项所述的宽带高增益传输阵天线的优化设计方法中的步骤。
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Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000048265A1 (en) * | 1999-01-20 | 2000-08-17 | Georgia Tech Research Corporation | Devices and methods for transmission of electromagnetic energy |
| CN103020328A (zh) * | 2011-09-20 | 2013-04-03 | 深圳光启高等理工研究院 | 小天线优化设计方法 |
| DE102017103161A1 (de) * | 2017-02-16 | 2018-08-16 | Kathrein Werke Kg | Antennenvorrichtung und Antennenarray |
| CN110489787A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-11-22 | 江苏大学 | 一种基于水循环算法的天线优化设计方法 |
| CN110518366A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-11-29 | 西安电子科技大学 | 基于3d打印技术的圆极化介质反射单元及反射阵天线 |
| CN113343588A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-09-03 | 东南大学 | 一种多约束毫米波车载mimo雷达天线阵列设计方法与装置 |
| CN113609813A (zh) * | 2021-10-09 | 2021-11-05 | 深圳飞骧科技股份有限公司 | 微带线建模方法、装置及相关设备 |
| CN114339777A (zh) * | 2020-09-29 | 2022-04-12 | ***通信集团设计院有限公司 | 天线参数优化方法、装置、电子设备及存储介质 |
| CN114417585A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-29 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种天线宽带化方法、***、设备及介质 |
| CN114430107A (zh) * | 2022-01-11 | 2022-05-03 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 超宽带天线的设计方法和装置 |
| CN115329680A (zh) * | 2022-10-13 | 2022-11-11 | 深圳飞骧科技股份有限公司 | Vivaldi天线中透镜的优化方法、***及相关设备 |
| CN115659607A (zh) * | 2022-10-09 | 2023-01-31 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 一种多层透波结构的确定方法 |
| CN115719015A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-02-28 | 华清瑞达（天津）科技有限公司 | 一种目标辐射阵列结构的设计方法 |
| CN116151096A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-05-23 | 中国科学院国家空间科学中心 | 面向多目标优化的圆极化微带天线参数优化方法及*** |
-
2023
- 2023-07-20 CN CN202310895253.9A patent/CN116611273A/zh active Pending
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000048265A1 (en) * | 1999-01-20 | 2000-08-17 | Georgia Tech Research Corporation | Devices and methods for transmission of electromagnetic energy |
| CN103020328A (zh) * | 2011-09-20 | 2013-04-03 | 深圳光启高等理工研究院 | 小天线优化设计方法 |
| DE102017103161A1 (de) * | 2017-02-16 | 2018-08-16 | Kathrein Werke Kg | Antennenvorrichtung und Antennenarray |
| CN110489787A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-11-22 | 江苏大学 | 一种基于水循环算法的天线优化设计方法 |
| CN110518366A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-11-29 | 西安电子科技大学 | 基于3d打印技术的圆极化介质反射单元及反射阵天线 |
| CN114339777A (zh) * | 2020-09-29 | 2022-04-12 | ***通信集团设计院有限公司 | 天线参数优化方法、装置、电子设备及存储介质 |
| CN113343588A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-09-03 | 东南大学 | 一种多约束毫米波车载mimo雷达天线阵列设计方法与装置 |
| CN113609813A (zh) * | 2021-10-09 | 2021-11-05 | 深圳飞骧科技股份有限公司 | 微带线建模方法、装置及相关设备 |
| CN114417585A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-29 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种天线宽带化方法、***、设备及介质 |
| CN114430107A (zh) * | 2022-01-11 | 2022-05-03 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 超宽带天线的设计方法和装置 |
| CN115659607A (zh) * | 2022-10-09 | 2023-01-31 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 一种多层透波结构的确定方法 |
| CN115329680A (zh) * | 2022-10-13 | 2022-11-11 | 深圳飞骧科技股份有限公司 | Vivaldi天线中透镜的优化方法、***及相关设备 |
| CN115719015A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-02-28 | 华清瑞达（天津）科技有限公司 | 一种目标辐射阵列结构的设计方法 |
| CN116151096A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-05-23 | 中国科学院国家空间科学中心 | 面向多目标优化的圆极化微带天线参数优化方法及*** |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| CHEN WANG等: "A 3D printed all dielectric Fresnel zone plate lens with high gain characteristic at the X-band", 2021 INTERNATIONAL CONFERENCE ON MICROWAVE AND MILLIMETER WAVE TECHNOLOGY（ICMMT）, pages 1 - 3 * |
| SHIYU ZHANG等: "3D-printed planar graded index lenses", IET MICROWAVES, ANTENNAS & PROPAGATION, vol. 10, no. 13, pages 1411, XP006058859, DOI: 10.1049/iet-map.2016.0013 * |
| WEI-SHENG YU等: "An Ultrawideband and High-Aperture-Efficiency All-Dielectric Lens Antenna", IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS, vol. 20, no. 12, pages 2442 - 2446, XP011895119, DOI: 10.1109/LAWP.2021.3114159 * |
| 喻伟晟: "基于遗传算法的超宽带高增益全介质透镜天线技术", 中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑, no. 2, pages 136 - 90 * |
| 张中南等: "基于遗传算法的宽带高增益全介质透镜天线优化设计", 电波科学学报, vol. 37, no. 5, pages 817 - 823 * |
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