Master’s thesis of Engineering: Optimisation of active microstrip patch antennas

Optimisation of Active Microstrip Patch Antennas

Tác giả: Dennis Jacmenovic

Lĩnh vực: Kỹ thuật Truyền thông

Nội dung tài liệu:

Luận văn này trình bày nghiên cứu về tối ưu hóa trở kháng của anten microstrip patch chủ động tại nhiều điểm tần số. Một anten microstrip patch chủ động ghép qua khe được tối ưu hóa để khớp với hệ số phản xạ nguồn của một transistor trong thiết kế anten chủ động. Anten này được thiết kế để nhận tần số L1 (1.57542 GHz) và L2 (1.2276 GHz) cho Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS). Nghiên cứu này tích hợp một công cụ phần mềm nội bộ để tính toán các tham số hiệu suất của anten microstrip patch ghép qua khe với HP-EEsof, một gói thiết kế và mô phỏng máy tính vi sóng. Luận văn cũng khám phá các thuật toán tối ưu hóa khác nhau để tìm ra thuật toán phù hợp nhất cho việc tối ưu hóa anten patch. Thiết kế anten chủ động được giới thiệu trong nghiên cứu này loại bỏ mạng khớp đầu vào bằng cách thiết kế anten để biểu thị kết thúc nguồn mong muốn của một transistor. Các phương pháp tìm kiếm đa dạng được sử dụng để tối ưu hóa anten và các thuật toán dựa trên kỹ thuật tìm kiếm ngẫu nhiên cùng với thuật toán di truyền cho thấy hiệu suất mạnh mẽ nhất. Kết quả tối ưu hóa được sử dụng để thiết kế anten chủ động băng kép.

Mục lục chi tiết:

• 1 Introduction
• 1.1 The Aperture Coupled Microstrip Patch Antenna
• 1.1.1 Microstrip Patch Antenna Design
• 1.2 Thesis Arrangement
• 2 Antenna Element Integration
• 2.1 Introduction
• 2.1.1 Application Extension Language
• 2.1.2 Creating the Aperture Coupled Microstrip Patch Senior Element
• 2.2 Creating and Compiling the ACMPA Senior Element
• 2.2.1 Creating the Senior Element Model
• 2.2.2 Compiler Flags
• 2.2.3 Index File
• 2.2.4 Creating the Executable File
• 2.3 Linking the ACMPA Senior Element
• 2.4 Specifying the Environment
• 2.5 Creating the Schematic Symbol
• 2.6 Creating Layout Artwork with AEL
• 2.7 Summary
• 3 Antenna Optimisation
• 3.1 Introduction
• 3.2 Optimisation of Physical Antenna Dimensions
• 3.3 Calculation of the Error Function
• 3.3.1 Least Squares Error Function
• 3.3.2 Minimax Error Function
• 3.3.3 Least pth Error Function
• 3.3.4 Worst Case Error Function
• 3.4 Optimisation Algorithms Investigated
• 3.4.1 Random Search
• 3.4.2 Gradient Search
• 3.4.3 Quasi-Newton Search
• 3.4.4 Gauss-Newton/Quasi-Newton Search
• 3.4.5 Direct Search
• 3.4.6 Genetic Algorithm Search
• 3.5 Antenna Optimisation Results
• 3.5.1 Antenna Optimisation to 50Ω at L1 Frequency
• 3.5.2 Optimisation to Source Reflection Coefficient at L1 Frequency
• 3.5.3 Optimisation to Source Reflection Coefficient at L1 & L2 Frequencies
• 3.6 Summary and Discussion
• 4 Active Antenna Design
• 4.1 Introduction
• 4.2 Design Procedure
• 4.2.1 Transistor Biasing
• 4.2.2 Small Signal Analysis
• 4.2.3 Design of Antenna for Impedance Match
• 4.3 Active Antenna Design
• 4.4 Summary and Discussion
• 5 Conclusions
• 5.1 Summary and Discussion of Results
• 5.2 Recommendations for Further Work
• A ACMPA Senior Element Modules
• A.1 ACMPA C Module
• A.2 Senior Makefile
• A.3 USERINDX C Module
• A.4 ACMPA Senior AEL Module
• A.5 ACMPA Layout AEL Module
• B ATF-53143 pHEMT Data Sheet