胡群-開題報(bào)告(V03)一種環(huán)境適應(yīng)型線狀wifi天線的設(shè)計(jì)

1、 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告學(xué)生姓名： 胡群 導(dǎo)師姓名、職稱： 浦實(shí)、副教授 所屬學(xué)院： 理學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電信科1202 設(shè)計(jì)（論文）題目： 一種室內(nèi)環(huán)境適應(yīng)型線狀WIFI 天線的陣列優(yōu)化設(shè)計(jì) 2016年 3 月 5 日1、 目的及意義研究背景與意義隨著近年來(lái)計(jì)算機(jī)和無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展,移動(dòng)無(wú)線計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的普及和應(yīng)用，作為典型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)近幾年來(lái)得到了非常迅速的發(fā)展。無(wú)線路由器作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的核心設(shè)備,起著舉足輕重的作用。無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展給人們帶來(lái)了極大的方便，使人們已經(jīng)進(jìn)入了處處有網(wǎng)、時(shí)時(shí)有網(wǎng)的時(shí)代。毫無(wú)疑問(wèn)無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展得益于支持無(wú)線局域網(wǎng)的

2、無(wú)線路由器的出現(xiàn)和發(fā)展，無(wú)線路由器是無(wú)線局域網(wǎng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)有線到無(wú)線轉(zhuǎn)換的必要設(shè)備。隨著人們對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的增加和使用范圍的擴(kuò)大，對(duì)無(wú)線路由器的要求也就越來(lái)越高，無(wú)線局域網(wǎng)的傳輸媒介主要是無(wú)線電波，無(wú)線電波是通過(guò)天線發(fā)射和接收的，收發(fā)天線作為無(wú)線路由器的必要組成部分，其接收輻射特性將直接決定無(wú)線路由器的信號(hào)覆蓋性能。天線性能的好壞會(huì)對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)性能產(chǎn)生非常大的影響。因而，設(shè)計(jì)、研發(fā)適應(yīng)各種標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)天線是很有意義的。單元天線往往由于增益有限,難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離信號(hào)覆蓋，因此，人們?cè)谶h(yuǎn)距離通信中往往使用陣列天線根據(jù)無(wú)線局域網(wǎng)的應(yīng)用需求，無(wú)線局域網(wǎng)天線應(yīng)該具有寬帶、小型和多頻段的

3、特性。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和材料科學(xué)的突飛猛進(jìn)，以及大規(guī)模集成電路和空間技術(shù)的日新月異，各種電子通信設(shè)備和系統(tǒng)都在朝著小型化、集成化方向發(fā)展。天線作為這些通信設(shè)備和系統(tǒng)的射頻前端關(guān)鍵部件，其性能優(yōu)越與否對(duì)整個(gè)通信質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。目前，從幾十 MHz 到千 MHz 頻段，天線尺寸都比較大，尤其是在短波/超短波頻段，通常天線尺寸都是在米以上量級(jí)。而對(duì)于短波/超短波通信，由于其抗毀性能極強(qiáng)，在發(fā)生地震和戰(zhàn)爭(zhēng)等重大災(zāi)難事件時(shí)，通常發(fā)揮著極其重要的作用。研制出與小型化、集成化設(shè)備相適應(yīng)的電小天線，以實(shí)現(xiàn)寬帶、小型化、低輪廓、隱蔽性強(qiáng)、與載體共形、智化等特點(diǎn)已成為了制約現(xiàn)代無(wú)線通信發(fā)展。（這一段寫得不行

4、，你要參照我給你的“設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容”，也即為何我們要研究設(shè)計(jì)出室內(nèi)環(huán)境適應(yīng)型的WIFI天線。）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)Wi-Fi 技術(shù)已被認(rèn)為是無(wú)線寬帶發(fā)展的主要方向。WiFi天線多飾多樣，對(duì)它的研究從未停止過(guò)，有對(duì)它現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的，也有新的天線被大膽創(chuàng)新，本文主要是對(duì)線狀天線的優(yōu)化設(shè)計(jì) ，分析線天線的最早但又最重要的研究工作是帕克林頓17進(jìn)行的，由他用公式表示的積分方程后來(lái)用他的名字命名。該方程是以圓柱導(dǎo)線上電流分布為未知數(shù)的EFIE型微積分方程。該方程不能用解析方法求解，細(xì)導(dǎo)線的另一個(gè)積分方程并用迭代法對(duì)其求解是由海倫提出的18。海倫方程屬于矢量積分方程，他可以從細(xì)導(dǎo)線的E

5、FIE方程中導(dǎo)出。事實(shí)上，早在1950年Nomura，Hatta以及Storm已提出用海倫方程分析圓柱天線的矩量法，但是由于經(jīng)典的計(jì)算手段很難對(duì)積分方程進(jìn)行數(shù)值求解，因此使其求解受到很多限制。1956年R.W.P.King在線天線的專著中詳細(xì)地研究了類似于海倫迭代的一種求解方法，1965年Mei將海倫方程推廣到任意線結(jié)構(gòu)，Hamington引入求解電磁場(chǎng)一般問(wèn)題特別是求解細(xì)線天線問(wèn)題的矩量法。在研究細(xì)圓柱天線時(shí)，他采用矩形及三角分域基函數(shù)并用點(diǎn)匹配法及伽列金法求解雙位方程。隨之而來(lái)的許多論文是以矩量法為基礎(chǔ)進(jìn)行電磁場(chǎng)問(wèn)題分析，而區(qū)別在于：分析時(shí)采用的方程、解方程時(shí)采用的方法（點(diǎn)配法，伽列金法等

6、）、基函數(shù)類型（分域基、全域基和大部分全域基）、導(dǎo)線的結(jié)點(diǎn)及端點(diǎn)的處理方法、線天線激勵(lì)的近似方法。天線陣綜合問(wèn)題一直受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注,己有大量的研究針對(duì)如何降低天線陣的副瓣電平和優(yōu)化天線陣的方向性。Dolph-Chebyshev綜合法和Taylor綜合法是目前應(yīng)用最廣泛的兩種天線綜合方法,得到的激勵(lì)分布分別稱為Chebyshev分布和Taylor分布。天線方向圖綜合的重點(diǎn)是使綜合得到的方向圖形狀與期望方向圖形狀盡量一致。實(shí)際應(yīng)用中,我們關(guān)心的并不是方向圖形狀的具體細(xì)節(jié),而是天線陣的一些關(guān)鍵性能指標(biāo),比如:最大副瓣電平,主瓣寬度,方向性系數(shù)等等"這樣,自四十年代末以來(lái)出現(xiàn)了一系列的

7、陣列方向圖綜合的解析優(yōu)化方法。但是當(dāng)天線陣的規(guī)模很大或者形狀很復(fù)雜時(shí),這些方法將會(huì)難以計(jì)算。近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,一些智能的優(yōu)化算法也越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于陣列天線方向圖的綜合中,常見(jiàn)的有共轆梯度法、擬牛頓法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、單純形法、模擬退火、遺傳算法、免疫算法等等。其中遺傳算法以其優(yōu)異的全局搜索性得到了更廣泛的應(yīng)用,1994年,J.MichaelJohnson和YayaRahmat一Samii首先把遺傳算法應(yīng)用到天線綜合中,說(shuō)明了用基本遺傳算法進(jìn)行陣列綜合的基本方法,闡明了用遺傳算法綜合一維和二維均勻及非均勻陣列的可行性"同年,RandyL.Haupt用遺傳算法以獲取最低旁瓣電平為

8、目標(biāo)對(duì)陣元數(shù)為200的線形陣和平面陣分別進(jìn)行了優(yōu)化,得到了低于-20dB的旁瓣電平,提供了用遺傳算法進(jìn)行陣列綜合的一般方法. 線天線的特點(diǎn)與其他天線相比，線天線主要有如下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便制造制造成本低、適合于大批量生產(chǎn)、功率容量大 。所以本文采用線狀天線陣列進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。（你要再多搜索一些文獻(xiàn)，每篇文獻(xiàn)用1-2句話總結(jié)，并引用。然后提煉出，選擇出你要設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)或者所采用的方法。）2、研究（設(shè)計(jì)）的基本內(nèi)容、目標(biāo)、擬采用的技術(shù)方案及措施研究室內(nèi)環(huán)境適應(yīng)型線狀WIFI天線的陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，包括：(1)熟悉多種線天線類型，計(jì)算出多種線天線組合情況下的綜合天線方向圖及技術(shù)參數(shù) (2)熟悉掌

9、握使用feko仿真軟件(3)熟悉掌握多種線天線饋電技術(shù)(4)了解國(guó)內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)型線狀WIFI天線的陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)；(5)目前室內(nèi)WIFI天線設(shè)計(jì)有待改進(jìn)的地方。（上述是在描述什么方面？看不出來(lái)。）研究的基本內(nèi)容和目標(biāo)本課題的基本內(nèi)容是設(shè)計(jì)一套用于無(wú)線路由器的線天線及饋電系統(tǒng)，并對(duì)設(shè)計(jì)的線天線進(jìn)行優(yōu)化，利用feko模擬仿真和解析近視計(jì)算完成對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，增大路由器信號(hào)發(fā)射功率，增加覆蓋面積，提高收發(fā)天線的接收輻射性能，提高無(wú)線路由器的信號(hào)覆蓋性能。本課題計(jì)劃設(shè)計(jì)并優(yōu)化出一套用于無(wú)線路由器的多天線及饋電系統(tǒng)，通過(guò)自行選擇外置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的線天線類型，利用數(shù)值模擬仿真和解析近似計(jì)算兩

10、種方法完成對(duì)天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高無(wú)線路由器的信號(hào)發(fā)射功率和增益，解決現(xiàn)階段WIFI信號(hào)發(fā)射不穩(wěn)定，功率小、覆蓋面積小等缺陷。 擬采用的技術(shù)方案及措施（這里不用講題目，重新組織語(yǔ)言。）并通過(guò)feko仿真軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真模擬計(jì)算的，所以本課題的核心主要是對(duì)線天線陣列的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線路由器的發(fā)射功率強(qiáng)，覆蓋面積大的特性，通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的查閱，最后通過(guò)綜合分析在眾多文獻(xiàn)中選擇出了一種線天線類型，并以此為基準(zhǔn)重新開始進(jìn)行設(shè)計(jì)以及優(yōu)化，通過(guò)解析近視計(jì)算得出最佳的天線尺寸，利用feko仿真得到其全向圖，回波損耗，查看它的增益和反射系數(shù)是否達(dá)到預(yù)期要求，以此做進(jìn)一步的設(shè)計(jì)優(yōu)化以及下一步的打算。最后總結(jié)概括本設(shè)計(jì)

11、的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)用性，為后續(xù)研究提供參考方向。技術(shù)方案流程圖：（流程圖也要編號(hào)和給出圖題。）了解線天線的基本分析方法。掌握多種線天線類型。采用feko軟件對(duì)多種線天線進(jìn)行仿真計(jì)算，觀察其增益反射系數(shù)，方向圖等參數(shù)對(duì)已仿真的天線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)（包括：材料、饋電技術(shù)、結(jié)構(gòu)，尺寸。）對(duì)設(shè)計(jì)的線天線方案進(jìn)行比較，選擇最優(yōu)天線方案滿足課題要求。本課題主要是對(duì)路由器天線優(yōu)化的研究，其中包括：1、對(duì)天線仿真軟件FEKO的運(yùn)用；2、對(duì)路由器天線類型的研究；3、對(duì)多天線饋電技術(shù)的研究；4、 解決的問(wèn)題和優(yōu)化方案等。5、 （這里又在說(shuō)什么呢？）3、進(jìn)度安排第1-3周：查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料、閱讀，并對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行筆記整理，熟

12、悉室內(nèi)環(huán)境適應(yīng)型線狀WIFI天線的陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，最后完成開題報(bào)告。第4-7周：熟悉掌握使用feko仿真軟件，對(duì)線天線進(jìn)行深入的了解，對(duì)文獻(xiàn)中的相關(guān)天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，最后確定課題研究方案的基本路線。第813周：研習(xí)天線結(jié)構(gòu)，完成理論計(jì)算，采用feko軟件進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)第1416周：完成并修改畢業(yè)論文。第17周：準(zhǔn)備論文答辯。4、 參考文獻(xiàn)1 克勞斯（Kraus J D、作者），馬赫夫克（Marhefka R J、作者），章文勛（譯者）天線（上冊(cè)、第3版）M北京：電子工業(yè)出版社，20112 克勞斯（Kraus J D、作者），馬赫夫克（Marhefka R J、作者），章文勛（譯者

13、）天線（下冊(cè)、第3版）M北京：電子工業(yè)出版社，20113 鐘順時(shí)天線理論與技術(shù)M北京：電子工業(yè)出版社，20114 米利根（Milligan T A、作者），郭玉春（譯者）現(xiàn)代天線設(shè)計(jì)（第2版）M北京：電子工業(yè)出版社，20125 波扎（作者），徐承和（作者），張肇儀（譯者），等微波工程（第3版）M北京：電子工業(yè)出版社，20106 M. Donelli, S. Caorsi, F. Denatale, M. Pastorino, A. Massa, “Linear Antenna Synthesis with a Hybrid Genetic Algorithm”, Progress in Ele

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