Конструктивний синтез планарних антен природними алгоритмами оптимізації - Автореферат

Якщо пристрій може бути представлений зєднанням простих елементів, для яких існують аналітичні чи емпіричні формули, то синтез зводиться або до методів НЧ радіотехніки через представлення елементів за допомогою еквівалентних кіл із зосередженими параметрами, або здійснюється через побудову узагальнюючої матриці розсіювання. Але, не зважаючи на надійність цих алгоритмів, через їх стохастичну природу синтез необхідно повторювати 5-10 разів для кожної комбінації вихідних параметрів синтезу. Досягнення поставленої мети передбачає розвязування таких задач: Дослідження ефективності існуючих методів глобальної оптимізації (генетичного алгоритму та алгоритму бджолиного рою) в задачах конструктивного синтезу профілю плеча широкосмугового диполя, щілини широкосмугової профільованої щілинної антени та мікросмужкової антени. Для синтезу форм планарних антен використано алгоритми глобальної оптимізації (генетичний алгоритм та алгоритм бджолиного рою), а також запропонований автором нейронно-генетичний метод, який здійснює інверсію штучних нейронних мереж за допомогою генетичного алгоритму. В роботах, опублікованих у співавторстві, особисто автором: [1] - запропоновано нейронно-генетичний метод конструктивного синтезу планарних антен, виконано програмування алгоритму; [2, 12, 13] - визначено параметри штучної нейронної мережі для досягнення похибки моделі широкосмугових планарних антен (профільованої щілинної антени та широкосмугового диполя) менше 10%, проведено синтез профілю цих антен нейронно-генетичним методом і здійснено аналіз отриманих результатів; [3] - проведено порівняльний аналіз генетичного алгоритму, алгоритму бджолиного рою та нейронно-генетичного методу в задачах конструктивного синтезу широкосмугового диполя і широкосмугової профільованої щілинної антени, виконано програмування алгоритму бджолиного рою; [6, 15] - розроблено модель оригінального ортомодового перетворювача на коаксіальному хвилеводі на основі штучних нейронних мереж і виконано його конструктивний синтез; [4, 7-9] - виконано аналіз сучасних форм дипольних широкосмугових антен та їх електродинамічних характеристик, визначено обмеження профілів широкосмугового диполя на основі математичних функцій і простих геометричних форм; [10-11] - виконано програмування генетичного алгоритму, проведено синтез дипольної антени з кусочно-лінійним профілем, здійснено експериментальну верифікацію результатів синтезу; [5, 14] - запропоновано використання генетичного алгоритму для інверсії складної модульної штучної нейронної мережі, визначено параметри генетичного алгоритму для проведення інверсії.У першому розділі проаналізовано існуючі форми плоских широкосмугових антен та характеристики, які вони забезпечують, та наведено огляд методів і алгоритмів, придатних для електродинамічного аналізу та здійснення конструктивного синтезу таких антен. Для синтезу антен достатньо забезпечити задані значення їх параметрів лише на певній кількості частот в межах робочого діапазону частот. Враховуючи невеликий електричний розмір антен, для розрахунку їх електродинамічних характеристик запропоновано використання методу моментів, реалізованого у програмі FEKO (нім., FELDBERECHNUNG bei Korpern mit beliebiger Oberflache - розрахунок полів для тіл із довільною поверхнею), яка дозволяє використовувати адаптивне розбиття і при необхідності ефективно враховувати діелектричну підкладинку, розраховувати характеристики узгодження та випромінювання. Для випадку синтезу планарних антен із врахуванням модуля коефіцієнта відбиття і коефіцієнта спрямованої дії (КСД) на 20 частотах в межах робочого діапазону запропонована автором цільова функція має вигляд: , (1) де , - вихідні значення модуля коефіцієнта відбиття за напругою і КСД; , - модуль коефіцієнта відбиття за напругою і КСД варіанту, що оцінюється; - коефіцієнт, що регулює вплив кожної характеристики на цільову функцію (0,3 - для дипольної антени, 0,1 - для профільованої щілинної антени). ,(4) де , - значення змінних синтезу на цьому і попередньому етапі алгоритму; - випадкове число в діапазоні ; - максимум кожної частки у популяції, - глобальний максимум популяції; , c1, c2 - коефіцієнти, які забезпечують баланс між дослідженням простору можливих рішень та необхідністю забезпечити збіжність алгоритму.В результаті виконаних дисертаційних досліджень вирішено актуальну науково-прикладну задачу подальшого розвитку природних алгоритмів глобальної оптимізації та їх практичного застосування для конструктивного синтезу ультраширокосмугових планарних антен, вузькосмугових планарних антен та пристроїв НВЧ (ортомодових перетворювачів) із заданими характеристиками в заданих діапазонах частот. Основні результати, отримані в дисертаційній роботі, полягають у наступному: Вперше встановлено, що для ефективного проведення синтезу форм планарного широкосмугового диполя, планарної профільованої щілинної антени та мікросмужкової антени з кількістю точок на профілі не більше 10 за допомогою генетичного алгоритму розмір популяції має бути не менше 200

1. Основний зміст роботи