基于拓?fù)鋬?yōu)化方法的V2V通信高指向性天線設(shè)計(jì)

目前，車對車（V2V）通信和車對基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）通信廣泛應(yīng)用到汽車上，用來實(shí)現(xiàn)信息通信和數(shù)據(jù)傳輸。在實(shí)現(xiàn)信息或數(shù)據(jù)的無線傳輸時(shí)，需要借助車載天線。傳統(tǒng)的車載天線為貼片天線，該類型的天線采用低剖面設(shè)計(jì)，具有低成本和易于制造的優(yōu)點(diǎn)，但其存在著指向性較低的缺點(diǎn)。隨著對V2V通信和V2I通信需求的提高，由于較低的指向性不能保證信息或數(shù)據(jù)在不同傳輸通道下的連通性，且傳輸距離較短，因而需要對傳統(tǒng)貼片天線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高其指向性。

對傳統(tǒng)貼片天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要借助拓?fù)鋬?yōu)化的方法進(jìn)行。拓?fù)鋬?yōu)化方法能夠?qū)N片天線表面進(jìn)行材料分布優(yōu)化，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)貼片天線指向性的提高。優(yōu)化時(shí)，首先基于一塊尺寸為3.39cm× 3.39cm、厚度1.34mm的貼片天線，在商業(yè)化軟件FEKO 14.0中建立該貼片天線的分析模型；之后在進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化時(shí)，將貼片天線平面劃分為12×12塊小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域分別賦值0或1，0表示其所在的小區(qū)域需要剔除，1則表示其所在的小區(qū)域繼續(xù)保留。優(yōu)化前，所有小區(qū)域均賦值1，采用貼片天線的功率增益表征貼片天線的指向性，即設(shè)定拓?fù)鋬?yōu)化函數(shù)為貼片天線的功率增益。采用全局響應(yīng)面法（GRSM），并利用FEKO 14.0集成的矩量法（MOM）對優(yōu)化問題進(jìn)行求解。根據(jù)求解結(jié)果可以確定出貼片天線表面需要剔除的區(qū)域，即開設(shè)孔洞的區(qū)域。同理，在FEKO 14.0中對拓?fù)鋬?yōu)化后貼片天線的功率增益進(jìn)行仿真計(jì)算。仿真計(jì)算結(jié)果表明，拓?fù)鋬?yōu)化后，貼片天線的功率增益為10.4dBi，比拓?fù)鋬?yōu)化前增加了3dBi。

Aseim Elfrgani et al.SAE 2017-01-1691.

編譯：王淼