14、天线特性、设计与优化：从通用到特定应用

天线特性、设计与优化：从通用到特定应用

1. 引言

天线在各类应用中起着至关重要的作用，其性能的优化对于提升系统整体效能意义重大。不同类型的天线具有各自独特的特性和设计参数，通过合理的优化可以满足特定应用的需求。接下来，我们将深入探讨几种常见天线的优化设计。

2. 常见天线类型及其优化

2.1 圆形蝴蝶结天线

圆形蝴蝶结天线是一种边缘呈圆形且采用中心馈电的平面蝴蝶结天线。其优化参数包括两个翼的总长度 (l) 和张角 (\varphi)，阻抗匹配参考值为 50 Ω，需满足约束条件（S11 和 S21）。长度限制在 0.01 至 0.3 m 之间，张角在 10° 至 85° 之间，频率范围为 825 至 975 MHz。
优化目标为归一化体积、天线阻抗以及增益、方向性和带宽归一化值之和。采用矩量法（MoM）生成可能的解决方案集。通过 2D 投影的帕累托集可以看出多目标遗传算法（MGA）优化算法的有效性，但随着目标数量的增加，帕累托集的可视化会变得复杂，计算速度也会变慢。

2.2 阿基米德螺旋天线

阿基米德螺旋天线是一种中心馈电的平面天线，有两个臂。其优化参数包括螺旋匝数 (N)、内半径 (r_i) 和外半径 (r_o)，阻抗匹配选择为 150 Ω。优化限制如下：
- 匝数：1.5 至 2.5 之间；
- 内半径 (r_i)：4 至 5.5 mm 之间；
- 外半径 (r_o)：37.5 至 50 mm 之间；
- 频率：825 至 975 MHz 之间。

优化得到的 3D 帕累托集与蝴蝶结天线的帕累托集相比，存在不光滑且有离群点的情况。这表明