基于拓扑优化方法的V2V通信高指向性天线设计

基于拓扑优化方法的V2V通信高指向性天线设计

目前，车对车（V2V）通信和车对基础设施（V2I）通信广泛应用到汽车上，用来实现信息通信和数据传输。在实现信息或数据的无线传输时，需要借助车载天线。传统的车载天线为贴片天线，该类型的天线采用低剖面设计，具有低成本和易于制造的优点，但其存在着指向性较低的缺点。随着对V2V通信和V2I通信需求的提高，由于较低的指向性不能保证信息或数据在不同传输通道下的连通性，且传输距离较短，因而需要对传统贴片天线进行优化设计，以提高其指向性。

对传统贴片天线的优化设计主要借助拓扑优化的方法进行。拓扑优化方法能够对贴片天线表面进行材料分布优化，进而可实现贴片天线指向性的提高。优化时，首先基于一块尺寸为3.39cm× 3.39cm、厚度1.34mm的贴片天线，在商业化软件FEKO 14.0中建立该贴片天线的分析模型；之后在进行拓扑优化时，将贴片天线平面划分为12×12块小区域，每个小区域分别赋值0或1，0表示其所在的小区域需要剔除，1则表示其所在的小区域继续保留。优化前，所有小区域均赋值1，采用贴片天线的功率增益表征贴片天线的指向性，即设定拓扑优化函数为贴片天线的功率增益。采用全局响应面法（GRSM），并利用FEKO 14.0集成的矩量法（MOM）对优化问题进行求解。根据求解结果可以确定出贴片天线表面需要剔除的区域，即开设孔洞的区域。同理，在FEKO 14.0中对拓扑优化后贴片天线的功率增益进行仿真计算。仿真计算结果表明，拓扑优化后，贴片天线的功率增益为10.4dBi，比拓扑优化前增加了3dBi。

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

编译：王淼