八木天线设计与测试：矩量法结合优化算法的应用

"这篇硕士学位论文主要探讨了八木天线的设计、仿真与测试，作者是常媛媛，指导教师为周克生，专业是通信与信息系统。论文内容分为两大部分，一是八木天线设计仿真，二是参数测量。设计目标是在GSM-R频段满足特定方向性、阻抗带宽和便携式要求。文中介绍了多种分析方法，包括感应电动势法、行波天线视角、矩量法与优化算法结合以及现代仿真技术。通过FEKO和HFSS软件进行仿真，得到符合要求的八木天线设计，并通过实测验证了软件的有效性。论文还涉及天线特性的测量方法和新型八木天线设计思路，可能在毫米波成像技术中有应用前景。关键词包括八木天线、HFSS、FEKO、方向系数、方向图、半功率角、驻波比。" 【详细说明】 这篇硕士论文深入研究了八木天线在现代通信系统中的应用，尤其是在GSM-R干扰检测定向用天线的设计上。设计目标是创建一个在885MHz-889MHz下行频段和930MHz-934MHz上行频段内具有高方向性系数的天线，要求主瓣半功率角小于40度，副瓣电平低于-9dB，阻抗带宽覆盖885-934MHz，驻波比小于1.5，并满足便携式移动检测需求。 论文详细阐述了几种八木天线的分析方法，其中包括： 1. 感应电动势法，这是一种通过分析振子上的感应电动势来理解天线性能的方法。 2. 行波天线的观点，八木天线被视为端射行波天线，其中电流相位的超前和滞后导致表面波沿轴向传播，增强了方向性。 3. 矩量法与优化算法的结合，这种方法利用数值计算方法来优化天线的几何参数，如单元长度、直径和间距，以实现最佳的方向性。 论文使用了基于矩量法的FEKO软件和基于有限元法的HFSS进行设计仿真，这两种工具都用于计算天线的特性，如方向图、输入阻抗、驻波比和带宽，确保设计满足上述要求。通过比较仿真结果，验证了这两种软件在天线设计中的可靠性。 论文的第二部分涉及天线特性参数的测量，包括天线的校准、方向图的测量和驻波比的测量，详细描述了测量流程、误差分析等实践操作环节。 此外，论文还提到了一种新型的八木天线设计，其板状结构适合与微带单片微波集成电路结合，有望在未来的通信和雷达系统毫米波成像技术中发挥重要作用，为未来设计和优化提供了新的思路。 这篇论文不仅探讨了八木天线的理论分析和设计方法，还涵盖了实际操作中的测量技术和创新设计趋势，为八木天线在通信领域的应用提供了全面的理论和技术支持。