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蜂窝移动通信具有通信速度更快、网络频谱更宽等优点,是目前移动通信的主要组网形式。手机天线作为蜂窝移动通信移动终端的重要组成部分,其性能决定了手机性能的优劣,手机天线的设计方法和设计理论一直是移动通信技术研究的热点。现代天线的设计多采用商业电磁仿真软件,其方法首先是利用传统的设计公式计算出天线的初始尺寸,再通过商业电磁仿真软件建模、仿真设计并反复调试,最后得出天线的物理参数。这种设计过程对设计师的设计经验和理论知识依赖较大,也不适应当前移动设备厂商对快速设计出高性能天线的需求。近年来,将数学方法和商业仿真软件结合,实现天线设计的优化及自动设计,引起了天线设计者更多的关注。本文首先在深入研究平面天线基本理论及设计技术的基础上,借助美国Ansoft公司的高频电磁仿真软件HFSS(V.13),分别仿真设计出了三款性能各异并适合4G蜂窝移动通信应用的手机平面天线,包括平面耦合型4 G手机天线、耦合折弯型4 G手机天线、双层多极子4 G手机天线,并对上述三款天线的阻抗特性、辐射特性、增益等天线主要参数及面电流分布进行了详细的分析,找出了影响天线性能的主要参数并做了相应的灵敏度分析。在此基础上,采用遗传算法对平面耦合型4 G手机天线进行优化设计。通过建立初始种群、适应度函数的选取以及选择交叉变异等操作,成功优化了该款手机在低频段的性能,使之完全覆盖了GSM 850频段,在2G/3G/4G频段回波损耗均小于-6 d B,且具有良好的辐射特性和适当的增益。此外,本文研究了MATLAB-HFSS-API在天线自动设计上的应用。基于MATLAB与HFSS的应用窜口,编写HFSS扫频方式的脚本函数,并以工作在2.4 GHz中心频率的半波偶极子天线为例,编写程序实现其自动设计。偶极子天线作为天线的基本单元,其自动设计方案及所编写的设计程序,对其它形式天线的自动设计提供了很好的借鉴。