平面天线演化优化的-研究

《平面天线演化优化的-研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论才能寻得最优解，其中软件仿真的时间开销是很大的。这就需要更高效的方法来进行改进，用人工神经网络来建立电磁场问题结构参数和电性能参数之间的映射关系，用建立好的神经网络模型来逼近电路的输入输出响应，来替代软件仿真求解的过程，就是其中一种可行的优[4]化方法。综上所述，如何将一些计算智能领域的新颖的演化算法和人工神经网络算法应用到天线的优化设计中去，来提高天线设计的效率，是非常值得研究的，同时也有着广阔的应用前景。1.2国内外研究现状遗传算法（GA）作为演化算法中较为经典的一类算法，在20世纪9

2、0年代中后期被应用到了天线优化领域。1997年，Altshuler等将遗传算法和电磁仿真软件NEC2相结合，对一些单极子线天线和[6]八木天线进行了优化研究。[7]同年，Rahmat-Samii等将遗传算法与MoM方法结合，对微带贴片天线进行了研究。之[8]后他们又基于同样的方法设计了一种双频带贴片天线，两个频带分别位于3GHz和4GHz；[9]以及优化设计了带宽在1.9-2.4GHz的E型宽带贴片天线。也是在同一年，Eclercy等提出了遗传算法与FDTD方法结合优化微带贴片天线的方法，并且引入了神经网络来模拟FTTD求解的过

3、程，来避免对FDTD算法的频繁调用，从而节省计[10]算时间。之后，相继有很多遗传算法和改进的遗传算法结合不同的电磁问题求解工具用于不同类[11-19]型不同形状的天线优化设计的方法被提出。另一种较为常见的演化算法粒子群算法（PSO）也在天线优化领域应用广泛。有学者利用PSO算法和IE3D软件相结合设计了一种工作在2.4GHz和5.2GHz频段的双频[20]带印刷单极子天线，来满足无线局域网（WLAN）的应用需求。还有文献对PSO算法进行了改进，提出了一种并行PSO算法，将其与FDTD方法结合，来[21]设计宽带或双频E型贴片天

4、线。并行计算使得每一代中个体的进化过程可以同时进行，虽然计算量没有减少，这样可以有效的降低计算的时间，加快设计过程。也有学者提出了PSO算法对天线进行多目标参数优化的方法，并给出了一种用离散PSO[22]算法结合FEKO软件来设计正交双线极化双频带面天线的实例。同时，也有许多其他类型的演化算法结合不同的电磁场数值计算方法或不同的电磁仿真软件进行不同结构的天线优化的方法被提出。2南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论如文献[23]提出了一种叫思维进化算法的演化算法，并给出了该算法与HFSS仿真软件相结合进行微带天线优化的思路。也

5、有人通过并行的演化算法，通过并行的处理器同时计算演化算法中种群的每一代中的个体，来减短优化设计的时间周期，并将该算法与CST仿真软件相结合来优化了一种超宽带[24]印刷单极子天线。这些优化方法在天线阵列综合中也有相关的应用。如，降低旁瓣电平、生成零陷方向图[25]等。神经网络可用来建立电磁场问题的映射关系，替代电磁场问题求解工具在优化算法中的作用，可以减少优化计算的时间，在天线优化中也有所应用。[26]有学者提出了一种用神经网络和遗传算法优化宽带天线阵列单元的思路。因为电磁仿真软件是相对耗时的，所以只在神经网络训练阶段才用到电磁

6、仿真软件来计算神经网络所需的训练样本，之后就只用神经网络和遗传算法来进行天线的优化，以此来提高计算效率。基于类似的用神经网络来替代电磁仿真软件来进行天线优化的思路，有文献给出了一些[27]小型宽带天线和可重构天线的优化实例。[28-32]演化算法在天线优化中的应用还有很多。总之，演化算法在天线优化领域得到了广泛的应用，同时，也产生了与之相结合的多种天线优化手段。1.3主要贡献和论文组织1.3.1主要贡献本文主要工作和贡献有：1．通过Python语言编程实现了一种用于天线优化的仿真软件外挂优化程序。该优化程序以演化算法为主体，并且

7、提供了调用电磁仿真软件的接口，通过该优化程序可以用演化算法来对天线按照不同的目标要求进行优化设计。文中优化程序采用的优化算法是一种新颖的演化算法——团队进步算法（TPA），并且通过该TPA优化算法调用电磁仿真软件HFSS来进行一些平面天线的优化。HFSS的作用是为TPA提供天线模型的目标函数评价值的求解。2．建立了误差反传神经网络（BPNN）模型，用来模拟天线模型的输入几何结构参数和输出电性能参数之间的映射关系，从而替代电磁仿真软件在优化程序中的作用，来为演化算法提供目标函数的求解。通过这一方法，可以有效的节约优化的时间开销，提

8、高天线设计的3南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论效率。本文中针对单个的天线模型，以不同的结构参数作用下HFSS软件仿真产生的性能参数为样本来训练BPNN，使其能够替代HFSS来逼近天线模型的输入输出响应。从而提出了一种TPA结合BPNN优化天线的方法。这样