胡群-开题报告(V03)一种环境适应型线状wifi天线的设计

1、 本科生毕业设计（论文）开题报告学生姓名： 胡群 导师姓名、职称： 浦实、副教授 所属学院： 理学院 专业班级： 电信科1202 设计（论文）题目： 一种室内环境适应型线状WIFI 天线的阵列优化设计 2016年 3 月 5 日1、 目的及意义研究背景与意义随着近年来计算机和无线通信技术的发展,移动无线计算机技术得到了越来越广泛的普及和应用，作为典型的无线网络，无线局域网(WLAN)近几年来得到了非常迅速的发展。无线路由器作为无线网络中的核心设备,起着举足轻重的作用。无线局域网的发展给人们带来了极大的方便，使人们已经进入了处处有网、时时有网的时代。毫无疑问无线局域网的发展得益于支持无线局域网的

2、无线路由器的出现和发展，无线路由器是无线局域网中的关键节点，是实现有线到无线转换的必要设备。随着人们对于无线网络应用需求的增加和使用范围的扩大，对无线路由器的要求也就越来越高，无线局域网的传输媒介主要是无线电波，无线电波是通过天线发射和接收的，收发天线作为无线路由器的必要组成部分，其接收辐射特性将直接决定无线路由器的信号覆盖性能。天线性能的好坏会对整个通信系统性能产生非常大的影响。因而，设计、研发适应各种标准的无线局域网天线是很有意义的。单元天线往往由于增益有限,难以实现远距离信号覆盖，因此，人们在远距离通信中往往使用阵列天线根据无线局域网的应用需求，无线局域网天线应该具有宽带、小型和多频段的

3、特性。随着半导体技术和材料科学的突飞猛进，以及大规模集成电路和空间技术的日新月异，各种电子通信设备和系统都在朝着小型化、集成化方向发展。天线作为这些通信设备和系统的射频前端关键部件，其性能优越与否对整个通信质量起着至关重要的作用。目前，从几十 MHz 到千 MHz 频段，天线尺寸都比较大，尤其是在短波/超短波频段，通常天线尺寸都是在米以上量级。而对于短波/超短波通信，由于其抗毁性能极强，在发生地震和战争等重大灾难事件时，通常发挥着极其重要的作用。研制出与小型化、集成化设备相适应的电小天线，以实现宽带、小型化、低轮廓、隐蔽性强、与载体共形、智化等特点已成为了制约现代无线通信发展。（这一段写得不行

4、，你要参照我给你的“设计（论文）主要内容”，也即为何我们要研究设计出室内环境适应型的WIFI天线。）国内外研究现状及发展趋势Wi-Fi 技术已被认为是无线宽带发展的主要方向。WiFi天线多饰多样，对它的研究从未停止过，有对它现有结构上进行优化设计的，也有新的天线被大胆创新，本文主要是对线状天线的优化设计 ，分析线天线的最早但又最重要的研究工作是帕克林顿17进行的，由他用公式表示的积分方程后来用他的名字命名。该方程是以圆柱导线上电流分布为未知数的EFIE型微积分方程。该方程不能用解析方法求解，细导线的另一个积分方程并用迭代法对其求解是由海伦提出的18。海伦方程属于矢量积分方程，他可以从细导线的E

5、FIE方程中导出。事实上，早在1950年Nomura，Hatta以及Storm已提出用海伦方程分析圆柱天线的矩量法，但是由于经典的计算手段很难对积分方程进行数值求解，因此使其求解受到很多限制。1956年R.W.P.King在线天线的专著中详细地研究了类似于海伦迭代的一种求解方法，1965年Mei将海伦方程推广到任意线结构，Hamington引入求解电磁场一般问题特别是求解细线天线问题的矩量法。在研究细圆柱天线时，他采用矩形及三角分域基函数并用点匹配法及伽列金法求解双位方程。随之而来的许多论文是以矩量法为基础进行电磁场问题分析，而区别在于：分析时采用的方程、解方程时采用的方法（点配法，伽列金法等

6、）、基函数类型（分域基、全域基和大部分全域基）、导线的结点及端点的处理方法、线天线激励的近似方法。天线阵综合问题一直受到学者们的广泛关注,己有大量的研究针对如何降低天线阵的副瓣电平和优化天线阵的方向性。Dolph-Chebyshev综合法和Taylor综合法是目前应用最广泛的两种天线综合方法,得到的激励分布分别称为Chebyshev分布和Taylor分布。天线方向图综合的重点是使综合得到的方向图形状与期望方向图形状尽量一致。实际应用中,我们关心的并不是方向图形状的具体细节,而是天线阵的一些关键性能指标,比如:最大副瓣电平,主瓣宽度,方向性系数等等"这样,自四十年代末以来出现了一系列的

7、阵列方向图综合的解析优化方法。但是当天线阵的规模很大或者形状很复杂时,这些方法将会难以计算。近年来,随着计算机技术的发展,一些智能的优化算法也越来越广泛地应用于阵列天线方向图的综合中,常见的有共辘梯度法、拟牛顿法、神经网络、单纯形法、模拟退火、遗传算法、免疫算法等等。其中遗传算法以其优异的全局搜索性得到了更广泛的应用,1994年,J.MichaelJohnson和YayaRahmat一Samii首先把遗传算法应用到天线综合中,说明了用基本遗传算法进行阵列综合的基本方法,阐明了用遗传算法综合一维和二维均匀及非均匀阵列的可行性"同年,RandyL.Haupt用遗传算法以获取最低旁瓣电平为

8、目标对阵元数为200的线形阵和平面阵分别进行了优化,得到了低于-20dB的旁瓣电平,提供了用遗传算法进行阵列综合的一般方法. 线天线的特点与其他天线相比，线天线主要有如下特点：结构简单、方便制造制造成本低、适合于大批量生产、功率容量大 。所以本文采用线状天线阵列进行优化设计。（你要再多搜索一些文献，每篇文献用1-2句话总结，并引用。然后提炼出，选择出你要设计的结构或者所采用的方法。）2、研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施研究室内环境适应型线状WIFI天线的阵列优化设计的相关知识，包括：(1)熟悉多种线天线类型，计算出多种线天线组合情况下的综合天线方向图及技术参数 (2)熟悉掌

9、握使用feko仿真软件(3)熟悉掌握多种线天线馈电技术(4)了解国内外环境适应型线状WIFI天线的阵列优化设计的研究现状和发展趋势；(5)目前室内WIFI天线设计有待改进的地方。（上述是在描述什么方面？看不出来。）研究的基本内容和目标本课题的基本内容是设计一套用于无线路由器的线天线及馈电系统，并对设计的线天线进行优化，利用feko模拟仿真和解析近视计算完成对系统的设计，增大路由器信号发射功率，增加覆盖面积，提高收发天线的接收辐射性能，提高无线路由器的信号覆盖性能。本课题计划设计并优化出一套用于无线路由器的多天线及馈电系统，通过自行选择外置的结构简单的线天线类型，利用数值模拟仿真和解析近似计算两

10、种方法完成对天线的优化设计，提高无线路由器的信号发射功率和增益，解决现阶段WIFI信号发射不稳定，功率小、覆盖面积小等缺陷。 拟采用的技术方案及措施（这里不用讲题目，重新组织语言。）并通过feko仿真软件来实现仿真模拟计算的，所以本课题的核心主要是对线天线阵列的优化设计来实现无线路由器的发射功率强，覆盖面积大的特性，通过对文献的查阅，最后通过综合分析在众多文献中选择出了一种线天线类型，并以此为基准重新开始进行设计以及优化，通过解析近视计算得出最佳的天线尺寸，利用feko仿真得到其全向图，回波损耗，查看它的增益和反射系数是否达到预期要求，以此做进一步的设计优化以及下一步的打算。最后总结概括本设计

11、的优缺点和实用性，为后续研究提供参考方向。技术方案流程图：（流程图也要编号和给出图题。）了解线天线的基本分析方法。掌握多种线天线类型。采用feko软件对多种线天线进行仿真计算，观察其增益反射系数，方向图等参数对已仿真的天线进行优化设计（包括：材料、馈电技术、结构，尺寸。）对设计的线天线方案进行比较，选择最优天线方案满足课题要求。本课题主要是对路由器天线优化的研究，其中包括：1、对天线仿真软件FEKO的运用；2、对路由器天线类型的研究；3、对多天线馈电技术的研究；4、 解决的问题和优化方案等。5、 （这里又在说什么呢？）3、进度安排第1-3周：查阅相关文献资料、阅读，并对相关内容进行笔记整理，熟

12、悉室内环境适应型线状WIFI天线的阵列优化设计的相关知识，最后完成开题报告。第4-7周：熟悉掌握使用feko仿真软件，对线天线进行深入的了解，对文献中的相关天线结构进行仿真验证，最后确定课题研究方案的基本路线。第813周：研习天线结构，完成理论计算，采用feko软件进行仿真优化设计第1416周：完成并修改毕业论文。第17周：准备论文答辩。4、 参考文献1 克劳斯（Kraus J D、作者），马赫夫克（Marhefka R J、作者），章文勋（译者）天线（上册、第3版）M北京：电子工业出版社，20112 克劳斯（Kraus J D、作者），马赫夫克（Marhefka R J、作者），章文勋（译者

13、）天线（下册、第3版）M北京：电子工业出版社，20113 钟顺时天线理论与技术M北京：电子工业出版社，20114 米利根（Milligan T A、作者），郭玉春（译者）现代天线设计（第2版）M北京：电子工业出版社，20125 波扎（作者），徐承和（作者），张肇仪（译者），等微波工程（第3版）M北京：电子工业出版社，20106 M. Donelli, S. Caorsi, F. Denatale, M. Pastorino, A. Massa, “Linear Antenna Synthesis with a Hybrid Genetic Algorithm”, Progress in Ele

14、ctromagnetics Research, PIER 49. 2004, pp.122.7 The Parametric Optimization of Wire DipoleAntennasIEEE Transactions On Antennas and propagation, vol. 59, no. 2, february 20118 Panagiotou S C，Tsitouri C I,Dimousios T D，et alA new, compact, low cost switched beam array for ISM and WLAN applications at

15、 2.4 GHzThe Fourth International Conference on Wireless and Mobile Communications，Athens，2008CUSA：IEEE，2008：321-3249 Wong K-L，Chien S-LWide-band cylindrical monopole antenna for mobile phoneJIEEE Transactions on Antennas and Propagation，2005，53（8）：2756-275810 Fuschini F，Falciasecca GExperimental inv

16、estigation of the effects of snowdrifts and ice deposit on linear wire antennas at 2.4 GHzJIEEE Antennas and Wireless Propagation Letters，2014，13：686-68911 Fanti A，Maxia P，Musu CA wire antenna for broadband WLAN and Wi-Fi applicationsThe 9th International Wireless Communications and Mobile Computing

17、 Conference，Sardinia，2013CUSA：IEEE，2013：763-76812 Casula G，Mazzarella G，Montisci GA wire antenna for broadband WLAN and Wi-Fi applicationsIEEE Antennas and Propagation Society International Symposium，Orlando，FL，USA，2013CUSA：IEEE，2013：1300-130113 胡沙紧凑型MIMO天线的研究与设计D成都：电子科技大学，201014 刘昕，邓阳凡，刘晟，等无线路由器发射天线的建模研究J中国科技信息，2008，14：131-132 15 万果夫，夏靖无线路由器天线的改进J电脑与电信，2008，07：50-5216 G.K. Mahanti, N. Pathak, P. Mahanti, “Synthesis of Thinned Linear Antenna Arrays with Fixed Sidelobe Level using Real Coded Genetic Algorithm”, Progress in Electromagnetic Research,