中心議題：

• 基於加載技術在天線小型化設計

解決方案：

• 采用混合遺傳算法設計加載法向模螺旋天線
• 將天線小型化技術有效地結合起來

1 引 言

隨著現代軍事通信係統中跳頻、擴(kuo)頻(pin)等(deng)技(ji)術(shu)的(de)應(ying)用(yong)，天(tian)線(xian)作(zuo)為(wei)通(tong)信(xin)設(she)備(bei)的(de)前(qian)端(duan)部(bu)件(jian)，對(dui)通(tong)信(xin)質(zhi)量(liang)起(qi)著(zhe)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)。然(ran)而(er)傳(chuan)統(tong)的(de)天(tian)線(xian)形(xing)式(shi)和(he)功(gong)能(neng)在(zai)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)上(shang)不(bu)能(neng)跟(gen)上(shang)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)小(xiao)型(xing)化(hua)的(de)發(fa)展(zhan)需(xu)求(qiu)
，尋(xun)求(qiu)天(tian)線(xian)的(de)全(quan)向(xiang)性(xing)、小型化
、寬帶化、共gong用yong化hua成cheng為wei天tian線xian研yan究jiu中zhong一yi個ge重zhong要yao課ke題ti。單dan極ji子zi天tian線xian以yi其qi結jie構gou簡jian單dan和he全quan向xiang輻fu射she的de特te點dian，被bei廣guang泛fan應ying用yong於yu無wu線xian通tong信xin領ling域yu，由you於yu單dan極ji子zi天tian線xian具ju有you電dian尺chi寸cun過guo大da和he頻pin帶dai窄zhai的de特te性xing，已yi經jing不bu能neng很hen好hao地di滿man足zu設she計ji的de要yao求qiu。並bing且qie天tian線xian的de輸shu入ru阻zu抗kang隨sui頻pin率lv變bian化hua比bi較jiao大da，使shi天tian線xian呈cheng現xian很hen高gao的de輸shu入ru電dian抗kang(容性)，很難與50 Ωdetongzhouxianpipei。renmencaiyongduozhongcuoshilaigaishantianxiandexingneng
，qizhongjiazaishishiyingzhezhongxiaoxinghuatianxiandedianxingjishu。jinnianlaiyoudaliangwenxiankaizhanduizheyifangmiandeyanjiu。

加載技術是天線工程中常用的小型化與寬帶化方法，通過在天線的適當位置加載電阻、電(dian)抗(kang)或(huo)導(dao)體(ti)來(lai)改(gai)善(shan)天(tian)線(xian)中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)分(fen)布(bu)
，從(cong)而(er)達(da)到(dao)改(gai)變(bian)天(tian)線(xian)的(de)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)或(huo)者(zhe)在(zai)同(tong)樣(yang)的(de)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)下(xia)降(jiang)低(di)天(tian)線(xian)的(de)高(gao)度(du)以(yi)及(ji)改(gai)變(bian)天(tian)線(xian)的(de)輻(fu)射(she)方(fang)向(xiang)圖(tu)等(deng)目(mu)的(de)。加(jia)載(zai)的(de)元(yuan)件(jian)可(ke)以(yi)是(shi)無(wu)源(yuan)器(qi)件(jian)也(ye)可(ke)以(yi)是(shi)有(you)源(yuan)網(wang)絡(luo)，可(ke)以(yi)是(shi)線(xian)性(xing)元(yuan)件(jian)也(ye)可(ke)以(yi)是(shi)非(fei)線(xian)性(xing)的(de)，實(shi)際(ji)工(gong)程(cheng)中(zhong)最(zui)常(chang)用(yong)的(de)是(shi)無(wu)源(yuan)加(jia)載(zai)，如(ru)：頂部加載、介質加載、串聯分布加載
、集(ji)中(zhong)加(jia)載(zai)等(deng)。對(dui)於(yu)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)不(bu)高(gao)的(de)情(qing)況(kuang)常(chang)采(cai)用(yong)集(ji)中(zhong)加(jia)載(zai)，而(er)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)較(jiao)高(gao)時(shi)采(cai)用(yong)分(fen)布(bu)加(jia)載(zai)。因(yin)此(ci)通(tong)過(guo)加(jia)載(zai)技(ji)術(shu)是(shi)實(shi)現(xian)天(tian)線(xian)小(xiao)型(xing)化(hua)最(zui)有(you)效(xiao)的(de)途(tu)徑(jing)。

2 加載的應用

前人已經做過很多關於加載天線的研究，Altshuler第一個根據傳輸線理論，將偶極子天線近似看作開路傳輸線，在距離開路末端1／4bochangchuchuanlianyigedengyukailuxiantexingzukangdedianzu
，keyizaitianxianshangdedaoxingbodianliu，congershioujizitianxianzaijiaokuandepindaineipipeilianghao。youyutianxianyaoqiujiazaidiandaomoduandejuliwei1／4波長，若該條件不滿足
，加載電阻的作用就會被削弱甚至不起作用。這樣很難在HF，V／UHF頻段繼續減小天線的尺寸。最近，BOag和Mittra等人提出用RLC並聯電路對單極子天線實行分段加載。同時借助遺傳算法和計算機模擬全局搜索最佳加載位置和加載元件值，成功設計了30～450 MHz單鞭和雙鞭加載天線。孫保華博士在綜合上述方法

，結合加載快速處理技術以及GA與SA相結合的優化設計方法設計製作了單鞭天線

，進一步優化了天線的性能指標。雖然R


，L
，C及ji其qi組zu合he加jia載zai可ke以yi減jian小xiao天tian線xian尺chi寸cun
，展zhan寬kuan天tian線xian帶dai寬kuan。但dan是shi有you耗hao元yuan件jian的de引yin入ru必bi將jiang降jiang低di天tian線xian的de輻fu射she效xiao率lv。阻zu抗kang加jia載zai天tian線xian是shi通tong過guo犧xi牲sheng增zeng益yi來lai獲huo得de寬kuan頻pin帶dai特te性xing的de，因yin此ci帶dai寬kuan和he增zeng益yi之zhi間jian是shi一yi對dui矛mao盾dun，尤you其qi是shi當dang頻pin率lv較jiao低di
、tianxiandianchangdujiaoxiaoshi
，zhezhongmaodunbiaoxiandegengtuchu。zaishijidetongxinzhong
，wangwangyaoqiutianxianjiyouhaodedaikuanyouyoukeyijieshoudezengyi。yinci
，shejishibixuzaidaikuanhezengyizhijianzuoyigeshidangdexuanze。

3 加載與其他技術的結合

由於單純的RLCjiazaiduixiaoxinghuatianxianshejijuyoujuxianxing。zaibaozhengyidingxiaolvdeqiantixia
，yaojinyibujianxiaodanjizitianxiandechicun
，haixuyaozuojinyibudeyanjiu。qizhongwanzhexiantianxianhefenxingtianxianshishiyingshejifazhandeyouyijishufangfa。rutu1所示。 fenxingjishuyouxiaoditianchongleyouxiankongjianquyu，congerzengjialetianxiandedianchangdu。zhezhongtexingkeyidadajiangditianxiandexiezhenpinlv，tongshihaikehuodeduopindaihuokuanpindaidetexing。jiehedingbujiazaijishukeshejichujiegoujincoudesanweifenxingshudanjizitianxian，xiezhenpinlvbixiangtonggaodudedanjizitianxianyaodideduo。wenxianruanchenglijiaoshoutichuleyizhongjiazaizhunfenxingdanjizitianxian，tianxiangongzuozai3～30 MHz頻率範圍內，他的電尺寸比一般的加載單極子天線要小。

分(fen)形(xing)天(tian)線(xian)的(de)構(gou)建(jian)具(ju)有(you)相(xiang)對(dui)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)，相(xiang)比(bi)之(zhi)下(xia)，用(yong)彎(wan)折(zhe)線(xian)構(gou)造(zao)在(zai)平(ping)麵(mian)單(dan)極(ji)子(zi)天(tian)線(xian)頂(ding)端(duan)加(jia)載(zai)既(ji)簡(jian)單(dan)又(you)經(jing)濟(ji)
，在(zai)能(neng)滿(man)足(zu)天(tian)線(xian)設(she)計(ji)指(zhi)標(biao)性(xing)能(neng)前(qian)提(ti)下(xia)，彎(wan)折(zhe)線(xian)是(shi)首(shou)選(xuan)的(de)加(jia)載(zai)結(jie)構(gou)不(bu)僅(jin)增(zeng)加(jia)天(tian)線(xian)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)阻(zu)，還(hai)提(ti)高(gao)輻(fu)射(she)能(neng)力(li)。文(wen)獻(xian)李(li)緒(xu)平(ping)等(deng)提(ti)出(chu)了(le)一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)的(de)矩(ju)形(xing)平(ping)麵(mian)單(dan)極(ji)子(zi)天(tian)線(xian)，如(ru)圖(tu)3所示，上端采用彎折線增加了天線的電長度
，並在適當的位置加載，實現了天線的寬帶小型化的設計要求。

wanzhexianhefenxingxiandoushizengjiatianxiandianchangdudeyouxiaoshouduan，bujinbianyutiaozhengdipinduanzhubotexinghaiyouliyujiazaiyuanjiandeyinru，deyishitianxianhuodehenhaoxingnengyaoqiu。

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文wen獻xian采cai用yong混hun合he遺yi傳chuan算suan法fa設she計ji了le一yi副fu加jia載zai法fa向xiang模mo螺luo旋xuan天tian線xian
，這zhe種zhong與yu加jia載zai結jie合he的de方fang法fa改gai進jin了le局ju部bu搜sou索suo能neng力li差cha，收shou斂lian速su度du慢man的de缺que點dian，使shi得de加jia載zai多duo目mu標biao函han數shu優you化hua效xiao率lv提ti高gao很hen多duo。 4 加載的優化設計

天線加載的優化設計是一個非線性的問題，所涉及的變量包括加載位置、加載元件
、加(jia)載(zai)的(de)組(zu)合(he)形(xing)式(shi)等(deng)
，是(shi)一(yi)個(ge)多(duo)變(bian)量(liang)的(de)問(wen)題(ti)。要(yao)建(jian)立(li)一(yi)個(ge)合(he)適(shi)的(de)最(zui)優(you)化(hua)函(han)數(shu)，當(dang)達(da)到(dao)天(tian)線(xian)所(suo)需(xu)特(te)性(xing)時(shi)
，此(ci)函(han)數(shu)有(you)一(yi)個(ge)極(ji)小(xiao)值(zhi)。由(you)於(yu)天(tian)線(xian)特(te)性(xing)與(yu)天(tian)線(xian)參(can)數(shu)有(you)關(guan)，所(suo)以(yi)最(zui)優(you)化(hua)函(han)數(shu)也(ye)是(shi)這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)的(de)函(han)數(shu)。同(tong)時(shi)尋(xun)求(qiu)合(he)適(shi)的(de)最(zui)優(you)化(hua)方(fang)法(fa)，使(shi)最(zui)優(you)化(hua)函(han)數(shu)達(da)到(dao)極(ji)小(xiao)。借(jie)助(zhu)計(ji)算(suan)機(ji)模(mo)擬(ni)和(he)最(zui)優(you)化(hua)技(ji)術(shu)尋(xun)求(qiu)加(jia)載(zai)的(de)最(zui)優(you)解(jie)。

youyuzuiyouhuahanshuhennanyongyigejiandandejiexihanshulaibiaoshi，erchuantongdezuiyouhuasuanfahuozhexuyaomubiaohanshudedaoshu，huozhezhishijubudezuiyouhua
，huozhesuiweiquanjuzuiyouhuadanjisuanliangguoda
，shidechangyongdetidufa
、單(dan)純(chun)形(xing)法(fa)等(deng)最(zui)優(you)化(hua)算(suan)法(fa)在(zai)天(tian)線(xian)加(jia)載(zai)優(you)化(hua)設(she)計(ji)中(zhong)難(nan)以(yi)實(shi)現(xian)。一(yi)種(zhong)新(xin)的(de)全(quan)域(yu)優(you)化(hua)搜(sou)索(suo)方(fang)法(fa)遺(yi)傳(chuan)算(suan)法(fa)的(de)出(chu)現(xian)解(jie)決(jue)了(le)上(shang)述(shu)一(yi)些(xie)問(wen)題(ti)。他(ta)是(shi)模(mo)擬(ni)自(zi)然(ran)界(jie)生(sheng)物(wu)進(jin)化(hua)過(guo)程(cheng)與(yu)機(ji)製(zhi)求(qiu)解(jie)極(ji)值(zhi)問(wen)題(ti)的(de)一(yi)類(lei)自(zi)組(zu)織(zhi)
、自(zi)適(shi)應(ying)的(de)人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)技(ji)術(shu)。他(ta)隻(zhi)需(xu)要(yao)利(li)用(yong)目(mu)標(biao)函(han)數(shu)的(de)取(qu)值(zhi)信(xin)息(xi)
，而(er)不(bu)需(xu)要(yao)梯(ti)度(du)等(deng)高(gao)價(jia)信(xin)息(xi)
，適(shi)合(he)於(yu)無(wu)表(biao)達(da)式(shi)或(huo)有(you)表(biao)達(da)式(shi)的(de)任(ren)何(he)類(lei)目(mu)標(biao)函(han)數(shu)，具(ju)有(you)可(ke)實(shi)現(xian)的(de)並(bing)行(xing)計(ji)算(suan)行(xing)為(wei)。

5 結 語

隨著天線小型化、kuandaihuadejinyibufazhan，jiazaijishudedaogengduodeyingyong。ranerdanchundejiazaiyijingbunengmanzutianxianjichenghuadefazhanxuqiu
，gengduodeshijiangjiazaijishuhefenxingjishu、折合單極子

、寬帶匹配網絡
、遺(yi)傳(chuan)算(suan)法(fa)組(zu)合(he)應(ying)用(yong)，這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)快(kuai)速(su)地(di)設(she)計(ji)較(jiao)為(wei)理(li)想(xiang)的(de)天(tian)線(xian)。將(jiang)天(tian)線(xian)小(xiao)型(xing)化(hua)技(ji)術(shu)有(you)效(xiao)地(di)結(jie)合(he)起(qi)來(lai)是(shi)未(wei)來(lai)天(tian)線(xian)設(she)計(ji)的(de)趨(qu)勢(shi)，有(you)待(dai)進(jin)一(yi)步(bu)的(de)研(yan)究(jiu)
，他(ta)將(jiang)擁(yong)有(you)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)前(qian)景(jing)。

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