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24GHz高增益超材料覆层型微带天线的拓扑优化设计

超材料；覆层型微带天线；增益；拓扑优化

结构优化与结构行为分析 > 结构优化与拓扑优化

普通微带天线存在增益低、方向性差等不足，针对此问题本文提出了一种基于遗传算法的高增益超材料覆层型微带天线拓扑优化设计方法。设计中对超材料基元和辐射基元采用整体考量的方法，以微带天线的增益最大化为设计目标，以离散覆铜贴片方格子的有无为设计变量，建立了24GHz超材料覆层型微带天线的拓扑优化模型。鉴于拓扑优化设计中通常会出现棋盘格式等数值不稳定问题，本文采用贴片方格子的冗余设计方法来消除棋盘格式，即对离散覆铜铜贴片方格子尺寸采用0.05mm的冗余设计量，进而通过设置合适的遗传算法求解策略对10×10方格子规模的优化设计问题进行求解，获得了一种消除棋盘格式的新型超材料覆层型微带天线。对创新构型的超材料覆层型微带天线做了进一步地仿真分析，其结果表明，与普通微带天线相比，创新构型的超材料覆层型微带天线的回波损耗值更低，具有更佳的工作频率匹配性能，侧向辐射得以有效抑制，微带天线的增益性能和方向性得到明显提升，其最大增益性能从7.78dB提升到11.54dB，提升了48.3%。最后对比研究了12×12和14×14等两种不同方格子规模的超材料覆层型微带天线拓扑优化设计问题，分析结果显示本文得到的创新构型优化设计结果是趋于收敛的,考虑到制备性价比，10×10方格子规模下的创新构型是制备最佳选择。