相位中心稳定的导航天线的设计
这是一篇关于卫星导航天线,相位中心稳定,微带天线,滤波天线,分形结构的论文, 主要内容为随着科技的不断进步以及对于无线通信应用需求的不断提升,卫星导航定位在多个领域占据着重要的地位。目前有美国的全球卫星定位系统(GPS)、中国的北斗卫星定位系统、欧洲的伽利略系统GALLILEO以及俄罗斯的GLONASS四种卫星定位系统。导航天线的阻抗带宽、轴比带宽、波束宽度及相位中心的稳定性等指标直接影响着导航设备定位的效果。同时,便携式导航设备要求天线具备小型化、宽频带、高增益等特点。因此,研发满足多方需求的全球导航卫星系统(GNSS)天线具有重要意义。本文依据GNSS导航定位天线的要求进行了相应的研究和设计。首先,研究了天线设计的基本指标及圆极化的实现方式,从宽频带、宽波束及小型化三个方面对天线性能优化方法进行了详细的陈述。之后,介绍了分形的基本知识,依据以往研究经验提出可结合分形结构来改善天线性能的设计方案,同时给出了天线相位中心的基本概念和确定方式。依托于理论基础及实际应用需求,设计了三款导航天线和一款滤波天线。由于微带天线更易实现小型化,本文所有天线设计方案均以微带天线为基础进行设计。为了在保证天线性能的条件下尽可能实现天线的小型化,导航天线的设计中引入了分形结构的使用。同时,三款导航天线在结构上均具有高度的对称性,可保证天线具有稳定的相位中心。首先设计了两款单频导航天线,中心频率分别为1.561GHz和1.575GHz,3d B轴比带宽、阻抗带宽以及增益均满足要求,且相位中心稳定。依据实际应用中需要多个导航系统协同工作的需求,进一步设计了一款双频导航天线,拥有稳定的相位中心和包含两个工作频点的轴比及阻抗带宽。与此同时,还进行了滤波天线的设计,以期能更好地提高导航天线的抗干扰性。由于时间关系,目前仅进行了该种类型天线的初步设计,还没有将天线的工作频段调整到导航频段内。初步设计的滤波天线为工作在5.1GHz频点的窄带滤波天线,可应用于室内无线通信系统。该天线具有良好的频率选择性,通带内增益平稳,尺寸较小。该天线的研究对未来设计具有抗干扰特性的导航天线提供了初步的设计思想。使用Ansoft HFSS 15.0对所设计的天线进行了仿真验证。四款天线均制作了实物并测试以证实其实际工作性能。天线的测试与仿真结果吻合,性能良好,具有重要的实际应用价值。
小型化机载无线传感器设计与研究
这是一篇关于机载,无线传感器,TDMA,微带天线的论文, 主要内容为伴随着飞行器技术的飞速发展和机载环境监测系统功能的日趋完善,传感器装机的种类和数量都大幅增加。传统的机载传感器依靠线缆进行能量获取和数据传输,这使得传感器的布置受线缆长度和重量的约束,灵活性差。此外,过多的线缆还会增加后期的维护难度。因此,本课题设计了适用于机载环境的小型化无线传感器。首先,本课题对机载无线传感器硬件进行小型化设计,实现在低功耗、小型化的前提下准确测量。通过对硬件的总体设计,确定无线传感器的原理框图,并对无线传感器的微处理器进行选型;通过对STM32片内ADC的配置,实现了对敏感信号的准确采集;通过选用低功耗元器件和电源管理电路设计,降低电路功耗,缩小电池体积,实现无线传感器的小型化;通过基于A7128芯片的通信电路设计,提供了无线传感器组网的硬件基础。其次,根据机载应用环境安装空间小、振动强度大的特点,选择微带天线作为机载无线传感器天线,并将微带天线与无线传感器外壳进行共型设计,做成共型天线,缩小无线传感器体积,提高整体抗振强度。并在HFSS软件中搭建仿真模型,对天线的尺寸、介质基板的尺寸和天线开槽等方面进行仿真分析,确定无线传感器微带天线的最佳尺寸。再次,为了确保无线传感器系统高效工作,合理地使用电源能源,将无线传感器的工作模式按照任务需求分为睡眠、唤醒、组网和数据传输四种状态;根据系统915MHz通信频率和1～2Mbps通信速率的要求,设计了基于TDMA的无线传感器数据传输模式;根据采集物理量的频率配置单片机ADC程序;并对A7128无线模块的程序进行设计。最后,通过机载无线传感器与有线传感器对比,体现机载无线传感器小型化程度,并通过实验测试整套无线传感器系统的性能。测试结果表明,微带天线的中心频率、带宽等参数指标均满足设计的预期标准;无线传感器测量精度优于设计指标,且可连续工作50小时以上。通过模拟机载使用场景多金属物遮挡、空间狭小等机载应用环境特点,对无线传感器网络开展测试,无线传感器网络丢包率和误码率控制在10-5和10-6以内。
小型化机载无线传感器设计与研究
这是一篇关于机载,无线传感器,TDMA,微带天线的论文, 主要内容为伴随着飞行器技术的飞速发展和机载环境监测系统功能的日趋完善,传感器装机的种类和数量都大幅增加。传统的机载传感器依靠线缆进行能量获取和数据传输,这使得传感器的布置受线缆长度和重量的约束,灵活性差。此外,过多的线缆还会增加后期的维护难度。因此,本课题设计了适用于机载环境的小型化无线传感器。首先,本课题对机载无线传感器硬件进行小型化设计,实现在低功耗、小型化的前提下准确测量。通过对硬件的总体设计,确定无线传感器的原理框图,并对无线传感器的微处理器进行选型;通过对STM32片内ADC的配置,实现了对敏感信号的准确采集;通过选用低功耗元器件和电源管理电路设计,降低电路功耗,缩小电池体积,实现无线传感器的小型化;通过基于A7128芯片的通信电路设计,提供了无线传感器组网的硬件基础。其次,根据机载应用环境安装空间小、振动强度大的特点,选择微带天线作为机载无线传感器天线,并将微带天线与无线传感器外壳进行共型设计,做成共型天线,缩小无线传感器体积,提高整体抗振强度。并在HFSS软件中搭建仿真模型,对天线的尺寸、介质基板的尺寸和天线开槽等方面进行仿真分析,确定无线传感器微带天线的最佳尺寸。再次,为了确保无线传感器系统高效工作,合理地使用电源能源,将无线传感器的工作模式按照任务需求分为睡眠、唤醒、组网和数据传输四种状态;根据系统915MHz通信频率和1～2Mbps通信速率的要求,设计了基于TDMA的无线传感器数据传输模式;根据采集物理量的频率配置单片机ADC程序;并对A7128无线模块的程序进行设计。最后,通过机载无线传感器与有线传感器对比,体现机载无线传感器小型化程度,并通过实验测试整套无线传感器系统的性能。测试结果表明,微带天线的中心频率、带宽等参数指标均满足设计的预期标准;无线传感器测量精度优于设计指标,且可连续工作50小时以上。通过模拟机载使用场景多金属物遮挡、空间狭小等机载应用环境特点,对无线传感器网络开展测试,无线传感器网络丢包率和误码率控制在10-5和10-6以内。
77GHz毫米波车载雷达天线及射频电路研究
这是一篇关于77GHz,车载雷达,微带天线,SIW缝隙天线,射频电路的论文, 主要内容为随着人们对行车安全需求的日益增长,以及自动驾驶技术的发展,车载毫米波雷达作为高级辅助驾驶系统中最重要的传感器之一,因其具有全天候工作、分辨率高的优势,受到了国内外学者的广泛关注和研究。天线与射频电路作为雷达系统的核心组成部分,其性能直接影响着雷达的探测能力。本文围绕77GHz毫米波车载雷达天线及射频电路展开了深入研究,具体工作内容如下:1、应用于车载雷达的近距离探测的天线阵列设计。近距雷达常用作盲点识别,行人检测等功能,其天线要求方位面波束宽、增益平坦,且俯仰面波束窄、副瓣低。本文设计了一款10单元串馈微带天线,利用道尔夫-切比雪夫阵列综合法,通过调节天线单元贴片宽度从而控制电流比的方法,实现了俯仰面窄波束、低旁瓣的要求。该天线中心频率在76.8GHz,阻抗带宽(S11(27)-10d B)为0.9GHz(76.4GHz～77.3GHz),最大增益可达到14.6d Bi。随后,为了进一步拓宽方位面波束宽度,利用SIW低剖面、低损耗、低散射等特点,设计了一款基于多层结构的14单元宽波束阵列天线。利用缝隙上层覆盖的介质及辐射贴片改变辐射特性的方式实现了宽波束的设计要求,实测阻抗带宽为2.6GHz,增益为11.6d Bi。E面的半功率波束宽度为139.2°。2、应用于车载雷达中远距探测的波束赋形天线阵列设计。为改善传统上采用分立发射天线实现中远距探测的方案。本文基于波束赋形理论,设计了可应用于中远距探测的一体化天线阵列。首先利用遗传算法得到理想状态下阵列的参数配置,然后根据阵列所需馈电的功率及相位分布,设计出馈电网络。仿真结果表明,该天线阵列具有“等肩波束”的辐射方向图,可同时满足中远距雷达探测的需求。3、77GHz毫米波车载雷达收发系统硬件设计。本文基于MIMO原理,利用上述设计的串馈微带天线作为收发天线单元,完成了多路收发天线的布局。根据收发一体化芯片AWR1843的需求进行了器件选型,设计了分压、存储以及高速接口等外围电路,完成了毫米波车载雷达收发电路的原理图以及版图设计,最后进行了加工与测试,该收发模块可准确测量出单一或多个目标的方位及角度。
矩形贴片微带天线尺寸预测模型分析与研究
这是一篇关于微带天线,循环神经网络,RPSO-ELM,建模与仿真的论文, 主要内容为微带天线在MEMS领域应用广泛,但是在设计一款微带天线时,通常需要借助公式计算得出天线尺寸的理论解,而理论解与实际做出的天线的尺寸之间存在一定的偏差,并且需要进行参数扫描分析才能得出最优天线尺寸值,所以本文提出了一种新的设计微带天线的思路,借助循环神经网络和RPSO-ELM网络算法基于实际天线尺寸数据集训练模型,能够迅速得出最优天线尺寸值,将有助于仿真人员预先熟悉天线特性,提高仿真效率,还可以用于对提出的新型天线模型进行验证。微带天线的设计与仿真这一过程中,往往需要大量的公式计算,所以本文尝试了一种新的方法和手段,使用循环神经网络和RPSO-ELM网络算法训练模型,利用它来确定在给出介电常数和谐振频率等数值下矩形贴片天线的尺寸值。本文对比了几种不同的算法,利用天线数据,其中90组数据用于训练,10组数据用于测试,最后选择RPSO-ELM网络进行模型的搭建、调优。在最后本文使用HFSS软件设计出一款矩形贴片微带天线,并对它进行了仿真测试,测试结果表明,设计出来的天线性能较好,然后本文使用设计得到的这款天线的介电常数等特征值投入RPSO-ELM网络模型中进行预测,最后将天线的实际尺寸值与模型得出的预测尺寸值进行比较,通过对比发现模型预测的误差小,准确率高,结果表明,使用算法模型不需要进行理论公式计算就可以高效地得出微带天线的尺寸值,大大降低了天线设计仿真过程的复杂度,而且训练出的模型简单易于使用,能够用于天线的设计与仿真过程。算法模型可以进一步封装成矩形贴片微带天线的优化设计尺寸推荐系统,只需要给系统指定的天线特征值,系统模型就会自动且准确地得出此天线的尺寸值,从而简化天线优化设计的过程。
矩形贴片微带天线尺寸预测模型分析与研究
这是一篇关于微带天线,循环神经网络,RPSO-ELM,建模与仿真的论文, 主要内容为微带天线在MEMS领域应用广泛,但是在设计一款微带天线时,通常需要借助公式计算得出天线尺寸的理论解,而理论解与实际做出的天线的尺寸之间存在一定的偏差,并且需要进行参数扫描分析才能得出最优天线尺寸值,所以本文提出了一种新的设计微带天线的思路,借助循环神经网络和RPSO-ELM网络算法基于实际天线尺寸数据集训练模型,能够迅速得出最优天线尺寸值,将有助于仿真人员预先熟悉天线特性,提高仿真效率,还可以用于对提出的新型天线模型进行验证。微带天线的设计与仿真这一过程中,往往需要大量的公式计算,所以本文尝试了一种新的方法和手段,使用循环神经网络和RPSO-ELM网络算法训练模型,利用它来确定在给出介电常数和谐振频率等数值下矩形贴片天线的尺寸值。本文对比了几种不同的算法,利用天线数据,其中90组数据用于训练,10组数据用于测试,最后选择RPSO-ELM网络进行模型的搭建、调优。在最后本文使用HFSS软件设计出一款矩形贴片微带天线,并对它进行了仿真测试,测试结果表明,设计出来的天线性能较好,然后本文使用设计得到的这款天线的介电常数等特征值投入RPSO-ELM网络模型中进行预测,最后将天线的实际尺寸值与模型得出的预测尺寸值进行比较,通过对比发现模型预测的误差小,准确率高,结果表明,使用算法模型不需要进行理论公式计算就可以高效地得出微带天线的尺寸值,大大降低了天线设计仿真过程的复杂度,而且训练出的模型简单易于使用,能够用于天线的设计与仿真过程。算法模型可以进一步封装成矩形贴片微带天线的优化设计尺寸推荐系统,只需要给系统指定的天线特征值,系统模型就会自动且准确地得出此天线的尺寸值,从而简化天线优化设计的过程。
小型化机载无线传感器设计与研究
这是一篇关于机载,无线传感器,TDMA,微带天线的论文, 主要内容为伴随着飞行器技术的飞速发展和机载环境监测系统功能的日趋完善,传感器装机的种类和数量都大幅增加。传统的机载传感器依靠线缆进行能量获取和数据传输,这使得传感器的布置受线缆长度和重量的约束,灵活性差。此外,过多的线缆还会增加后期的维护难度。因此,本课题设计了适用于机载环境的小型化无线传感器。首先,本课题对机载无线传感器硬件进行小型化设计,实现在低功耗、小型化的前提下准确测量。通过对硬件的总体设计,确定无线传感器的原理框图,并对无线传感器的微处理器进行选型;通过对STM32片内ADC的配置,实现了对敏感信号的准确采集;通过选用低功耗元器件和电源管理电路设计,降低电路功耗,缩小电池体积,实现无线传感器的小型化;通过基于A7128芯片的通信电路设计,提供了无线传感器组网的硬件基础。其次,根据机载应用环境安装空间小、振动强度大的特点,选择微带天线作为机载无线传感器天线,并将微带天线与无线传感器外壳进行共型设计,做成共型天线,缩小无线传感器体积,提高整体抗振强度。并在HFSS软件中搭建仿真模型,对天线的尺寸、介质基板的尺寸和天线开槽等方面进行仿真分析,确定无线传感器微带天线的最佳尺寸。再次,为了确保无线传感器系统高效工作,合理地使用电源能源,将无线传感器的工作模式按照任务需求分为睡眠、唤醒、组网和数据传输四种状态;根据系统915MHz通信频率和1～2Mbps通信速率的要求,设计了基于TDMA的无线传感器数据传输模式;根据采集物理量的频率配置单片机ADC程序;并对A7128无线模块的程序进行设计。最后,通过机载无线传感器与有线传感器对比,体现机载无线传感器小型化程度,并通过实验测试整套无线传感器系统的性能。测试结果表明,微带天线的中心频率、带宽等参数指标均满足设计的预期标准;无线传感器测量精度优于设计指标,且可连续工作50小时以上。通过模拟机载使用场景多金属物遮挡、空间狭小等机载应用环境特点,对无线传感器网络开展测试,无线传感器网络丢包率和误码率控制在10-5和10-6以内。
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