天線是一種電子設(shè)備或器件，用于接收和發(fā)射無線電波或電磁波。它通常由導(dǎo)電材料構(gòu)成，如金屬，被設(shè)計成一種特定的形狀和結(jié)構(gòu)，以便與無線電信號相互作用。主要作用是將電磁波轉(zhuǎn)換為電流（在接收模式下）或?qū)㈦娏鬓D(zhuǎn)換為電磁波（在發(fā)射模式下），從而實現(xiàn)信息的傳輸。天線在移動通信、衛(wèi)星通信、廣播、雷達、導(dǎo)航和其他無線技術(shù)應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。不同類型的天線有著不同的應(yīng)用，以滿足特定的通信需求，如全向天線用于覆蓋廣范圍區(qū)域，而定向天線用于遠距離通信。

花瓣通常位于植物的頂端，是花朵的組成部分之一。花瓣五彩繽紛，具有薄而平坦的結(jié)構(gòu)，它們圍繞花朵中心，可以單獨或成群出現(xiàn)�；ò甑闹饕�功能是吸引傳粉媒介（通常是昆蟲、鳥類或風(fēng)）來幫助傳播花粉并促進植物的生殖。不同植物種類的花瓣具有各種顏色、形狀和紋理，以吸引不同類型的傳粉媒介。花瓣通常與其他花部分如花蕊（包括雄蕊和雌蕊）一起構(gòu)成完整的花朵。它們在花的生殖過程中扮演重要的角色，吸引傳粉媒介，以促進花粉傳播、受精和種子的產(chǎn)生。花瓣的顏色、形狀和香氣對吸引傳粉媒介起到關(guān)鍵作用，因為這些特征可以吸引訪問花朵的生物并促使它們與花部分互動。總之，花瓣是植物花朵的一部分，它們具有吸引傳粉媒質(zhì)的功能，幫助植物進行繁殖。不同植物種類的花瓣在顏色和形狀上具有差異，這有助于吸引不同類型的傳粉媒質(zhì)。

偶極子天線(Dipole Antenna)是簡單且有效的天線，由兩個平行導(dǎo)體部件組成，通常是金屬棒或?qū)Ь�，它們被稱為“偶極子”的兩半。這兩半元件被分開，形成一個中心點，而兩邊延伸出去。電信號通過一個導(dǎo)體元件輸入，然后在兩個導(dǎo)體元件之間振蕩，并產(chǎn)生電磁場形成電磁波，產(chǎn)生輻射，用于發(fā)送信號；接收信號時反之。偶極子天線的輻射模式通常是全向性的，這意味著它在H面上均勻地輻射和接收無線電信號。這使得它適用于許多通信應(yīng)用，如廣播、衛(wèi)星通信以及一般無線通信，理由是它可以與來自不同方向的信號進行良好的交互。圖1給出了偶極子天線與荷葉花瓣外形對比，荷花具有長長的植物根莖，在外形上和偶極子天線類似。

八木天線不同于偶極子天線，它是經(jīng)典的定向天線，又稱為八木反射器天線，廣泛用于發(fā)射和接收無線電信號。這種天線是由日本工程師八木秀次(Hidetsugu Yagi)和他的學(xué)生宇田 (Shintaro Uda)于1926年共同發(fā)明的，故稱為Yagi-Uda Antenna。八木天線的結(jié)構(gòu)包括一個驅(qū)動器（也稱為振子或驅(qū)動器天線）、一個反射器和若干個引向器。這些部件通常是金屬棒或?qū)Ь�，它們平行地排列在一個支撐結(jié)構(gòu)上，構(gòu)成一個線性排布的陣列。傳統(tǒng)的八木反射器天線與未開花的莖葉相似，都是朝著陣列排列方向輻射和生長。圖2描述了八木天線的外形和一般的葉子根莖，在外形上兩者都是由多個枝節(jié)與主干組成，八木天線的主干部分朝著輻射方向，使得波束有更強的指向性。

貼片天線是一種用于通信和射頻應(yīng)用的小天線設(shè)計，通常制作成薄而平坦的形狀，便于貼在電子設(shè)備、通信設(shè)備或其他表面。它們的導(dǎo)電材料常常是銅、銀或其他導(dǎo)電材料，被固定在非導(dǎo)電基板上，該基板可以是玻璃纖維、聚酰亞胺、聚氯乙烯等絕緣材料。

貼片天線的形狀和尺寸可以根據(jù)應(yīng)用需求進行設(shè)計，最常見的形狀包括矩形、圓形、橢圓形或其他定制形狀。貼片天線應(yīng)用于不同頻段，從幾百MHZ到數(shù)個GHz。它們通常用于WiFi、藍牙、GPS、手機通信、射頻識別（RFID）、衛(wèi)星通信等各種無線通信領(lǐng)域。這些天線具有許多優(yōu)點，包括低成本、低輪廓、定制化和方向性。它們的低成本使其適用于大規(guī)模生產(chǎn)，而其低輪廓使其可以輕松貼附在設(shè)備表面，不會顯著增加設(shè)備的厚度。此外，貼片天線可以根據(jù)特定應(yīng)用的需求進行設(shè)計和制造，以最大程度地提高性能，并且可以通過調(diào)整天線的形狀和尺寸來實現(xiàn)不同的輻射特性，包括全向輻射、定向輻射等。然而，貼片天線性能常受到附近金屬和其他電子組件的影響，因此在設(shè)計和安裝時需要特別注意天線的位置和周圍環(huán)境，以確保最佳性能。

一些研究者設(shè)計出與花瓣相似的貼片天線，F(xiàn)arooq Faisal[1-2]提出了緊湊且靈活的花形共面波導(dǎo)(CPW)饋電天線用于高數(shù)據(jù)無線應(yīng)用。所提出的天線的散熱器由柔性和生物相容性聚酰胺基板支撐。天線的花形輻射體都是在基本的圓形上引入圓形槽，并通過50歐姆微帶線連接兩個分支來設(shè)計的。該天線具有成本低、外形美觀、體積小、帶寬寬、易于集成等特點，可作為外置天線應(yīng)用于高數(shù)據(jù)無線通信領(lǐng)域，設(shè)計的天線如圖4所示，充分借鑒了花瓣的形狀。

射頻識別技術(shù)（RFID，Radio Frequency Identification）是一種很有潛力的無線識別技術(shù)，可用于跟蹤和身份識別。Fatemeh Babaeian[3]提出了一種開發(fā)跨極性諧振器和單元電池的技術(shù)，無論標(biāo)簽取向如何，它們都能顯示一致的反射�；ㄐ螁卧�胞在不同旋轉(zhuǎn)角度下提供了非常一致的交叉極化響應(yīng)等。圖5給出了花型單元胞和向日葵，花型單元胞和向日葵花瓣有著相似的分布，顯示了天線和花瓣的微妙聯(lián)系。

單根天線一般不能實現(xiàn)高增益和遠距離傳輸需求，陣列天線則成為實現(xiàn)高增益的一種手段。陣列天線由多個天線陣元組成，它們被設(shè)計成特定的幾何形狀并協(xié)同工作。(1)陣列天線具有明顯的方向性，可以通過調(diào)整每個陣元的相位和振幅來實現(xiàn)精確的信號指向，從而提高信號接收或發(fā)射的效率。(2)陣列天線的組合效果通常比單根天線具有更大的增益，適用于需要遠距離通信和雷達應(yīng)用的場合。(3)通過合理設(shè)計和調(diào)整，陣列天線可以形成波束，使信號聚焦在特定方向上，有助于抑制干擾和提高信噪比。(4)陣列天線還能夠利用多路徑傳播的優(yōu)勢，提高信號的可靠性和質(zhì)量。它們可以在多個路徑上同時接收信號，減輕多徑衰落引起的問題。(5)陣列天線系統(tǒng)還可以實施自適應(yīng)技術(shù)，根據(jù)環(huán)境和干擾水平自動調(diào)整各個天線陣元的參數(shù)，以便最大程度地提高通信質(zhì)量。(6)陣列天線適用于不同頻段和應(yīng)用領(lǐng)域，包括通信、雷達、無線電定位、天文觀測等，具有廣泛的多功能性。盡管包含多個天線陣元，陣列天線通常設(shè)計成相對緊湊的結(jié)構(gòu)，占用較小空間，適合各種場合。因此，陣列天線的多重優(yōu)勢使其成為無線通信和雷達系統(tǒng)等領(lǐng)域中的重要技術(shù)組成部分。

Ghanshyam Mishra[4]提出了一種適用于毫米波頻段的新型串聯(lián)饋電圓極化行波天線——“蝴蝶”天線。蝴蝶單元由四個微帶貼片天線組成的順序旋轉(zhuǎn)串聯(lián)饋電線性陣列組成。所提出的圓極化蝴蝶結(jié)構(gòu)具有低交叉極化輻射和寬軸比波束寬度。通過周期性漏波天線(LWA)分析，深入了解了“蝴蝶”系列饋線陣天線的輻射特性，并通過全波電磁仿真對其進行了驗證。平行串聯(lián)饋電平面陣列天線如圖6所示。平行串聯(lián)饋電平面陣列天線和花叢排列相似，通過增加數(shù)量和體積增加對波束增益或光合作用能力。

何業(yè)軍教授團隊[5]提出了一種由新型平面襯底集成波導(dǎo)饋電s偶極子構(gòu)成的寬帶高效毫米波圓極化陣列，其中的毫米波偶極子由兩個旋轉(zhuǎn)對稱彎曲臂組成，通過孔徑耦合差分饋電，結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)良。該陣列天線和花叢的照片如圖7所示：“在平面上增加天線陣元數(shù)量可以在某一方向上獲得更優(yōu)良的性能”，這與“花瓣為了更好的進行光合作用簇成花叢”有異曲同工之處。組成陣列的形式多種多樣，針對不同場景設(shè)計不同類型的天線是射頻開發(fā)者的常識：對不同頻率的波束掃描，大多用漏波天線陣列形式；對某一方向?qū)崿F(xiàn)高增益需求，可采用普通陣列、網(wǎng)格天線、反射陣列或介質(zhì)透鏡；對單一頻率的大角度掃描設(shè)計成相控陣列；對需要多波束覆蓋或增加不同極化的通信鏈路則需要組成多輸入多輸出天線陣列�？傊�，針對不同頻率和不同的適用場景，需要設(shè)計不同天線；類似地，花叢的生長形式與周圍的環(huán)境有關(guān)，例如花的種類和花的生活環(huán)境，與具體地形地貌等也密切相關(guān)。

人工智能(Artificial Intelligence，AI)與天線之間存在著緊密的關(guān)系。一方面，AI技術(shù)可以應(yīng)用于優(yōu)化天線系統(tǒng)的性能和增強天線適應(yīng)性，另一方面，天線結(jié)構(gòu)的某些優(yōu)化設(shè)計可以借鑒自然界中的花瓣等結(jié)構(gòu)。

在通信系統(tǒng)中，尤其是無線通信領(lǐng)域，AI可用于優(yōu)化和自動化天線設(shè)計。通過機器學(xué)習(xí)算法，可以分析和預(yù)測不同天線設(shè)計的性能，以更有效地選擇和優(yōu)化天線參數(shù)。AI還可用于信號處理的優(yōu)化，通過深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，系統(tǒng)能夠自動調(diào)整天線參數(shù)以適應(yīng)不同的通信環(huán)境，提高信號質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)性能。自適應(yīng)天線系統(tǒng)能夠感知環(huán)境和信號條件，并根據(jù)這些信息自動調(diào)整天線參數(shù)，而AI算法則可處理感測數(shù)據(jù)，使天線系統(tǒng)自動適應(yīng)不同的通信場景，包括動態(tài)調(diào)整輻射方向和波束成形。在大規(guī)模的天線陣列中，AI可用于協(xié)調(diào)和管理多個天線陣元，實現(xiàn)波束成形、干擾抑制和多用戶通信的優(yōu)化。Parinaz Naseri[6]提出了一種基于生成機器學(xué)習(xí)(ML)的方法來解決這種一對多映射。利用這種方法，在層間耦合不可忽略且傳統(tǒng)方法合成繁瑣的情況下，可以通過合成由潛在的全新散射體設(shè)計組成的低剖面結(jié)構(gòu)來解決具有單個或多個約束的優(yōu)化問題。天線結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的波束方向圖和花瓣如圖8所示，這和盛開的花瓣結(jié)構(gòu)相似，展示了天線和花瓣的微妙聯(lián)系。

Kaiqi Cao[7]提出了一種基于物理方法驅(qū)動的深度學(xué)習(xí)(pmdl)天線陣列形變快速波束穩(wěn)定算法。首先，從理論上分析了任意曲面共形陣列的輻射方向圖合成，設(shè)計了相應(yīng)的物理方法，并通過計算和仿真結(jié)果驗證了該方法的準(zhǔn)確性。然后，結(jié)合上述輻射方向圖綜合，設(shè)計了物理方法驅(qū)動的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DNN)，并給出了其訓(xùn)練過程。在植物界，花瓣在發(fā)生形變時光合作用可能會發(fā)生變化。這種變化通常取決于形變的原因、程度以及植物的適應(yīng)機制。舉例而言，一些植物的花朵具有運動性，能夠隨著光線的變化而發(fā)生形變，以最大化光合作用效率。比如，向日葵的花朵在白天可以追蹤太陽的運動。此外，在面臨水分限制的干旱條件下，植物可能會通過形變，如卷曲葉片，以減少水分蒸發(fā)，然而這可能導(dǎo)致光合作用的減緩，因為光合作用通常需要葉片展開來最大化光的吸收。因此，植物的形變可能是一種適應(yīng)策略，旨在平衡環(huán)境變化對光合作用的影響，以最大程度地提高能量獲取和水分管理的效率。這與天線的人工智能自適應(yīng)波束算法不謀而合，適應(yīng)了不同環(huán)境下的光合作用或通信�；�于深度學(xué)習(xí)的自適應(yīng)天線陣列波束和花瓣如圖9所示，展示了天線波束和花瓣的微妙聯(lián)系。

在天線與花瓣的微妙聯(lián)系上，學(xué)者們還在超寬帶軌道角動量領(lǐng)域設(shè)計花瓣形狀的貼片天線或者可展開天線；在超表面領(lǐng)域研究花瓣結(jié)構(gòu)的吸波功能�；ò旰吞炀�之間的微妙聯(lián)系，主要表現(xiàn)在生物啟發(fā)設(shè)計和工程應(yīng)用領(lǐng)域。盡管它們在表面上看起來似乎毫無關(guān)聯(lián)，但它們在某些方面可以相互啟發(fā)。首先，花瓣的形狀和結(jié)構(gòu)可以為工程師提供設(shè)計天線的靈感，尤其是在微波和射頻通信領(lǐng)域。通過模仿花瓣的天然結(jié)構(gòu)，工程師可以創(chuàng)造出更加高效的天線設(shè)計思路，并用于天線陣列系統(tǒng)。其次，一些高頻和微波天線采用了花瓣狀的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)波束形成和指向性輻射�；ò甑男螤顜椭�天線產(chǎn)生精準(zhǔn)的波束，類似于花朵中花瓣的排列，特別適合雷達、通信和射頻干擾抑制等應(yīng)用。