В этом примере показано, как максимизировать коэффициент усиления антенных элементов патч-решетки 2 на 2 с помощью суррогатной модели с помощью дифференциальной эволюции для оптимизатора синтеза антенн (SADEA). Проектирование и анализ выполняются при 2,4 ГГц.
Войти antennaArrayDesigner в командной строке MATLAB ®, чтобы открыть приложение.
Команда открывает пустой холст. В пустом холсте нажмите кнопку Создать.
На вкладке «Создать» выберите «Прямоугольник» в списке «Галерея массивов». В разделе «Семейство патчей» выберите «Галерея антенн» > «Микрополосковая полоса».
Выберите «Без резервирования» в разделе «Коллекция структур резервирования».
Задайте для параметра «Расчетная частота» значение 2.4 GHz. Задать размер массива равным 2,2.
Чтобы проанализировать эту антенную решетку, нажмите кнопку Принять.
Обратите внимание на прямоугольную решетку микрополосковой коммутационной антенны и расположение геометрии на частоте 2,4 ГГц на вкладках Array и Layout 3D figure.
На панели инструментов в разделе УЗОР (PATTERN) щелкните 3-D Узор (Pattern), чтобы визуализировать узор излучения. Максимальный коэффициент усиления массива составляет 14,8 дБи.
В toolstrip, согласно разделу PATTERN, нажимают EL Pattern, чтобы визуализировать переднезаднее отношение лепестка (F/B). Щелкните правой кнопкой мыши на графике и выберите «Измерения» > «Измерители антенны». Появится диалоговое окно с сообщением: Существующие маркеры будут удалены. Выберите Удалить.
F/B (дБ) составляет 31,2 дБ.
Для оптимизации антенной решетки с помощью приложения «Конструктор антенной решетки» требуются следующие входные данные:
Целевая функция: Основная цель оптимизации. Целевая функция оценивает функцию анализа и минимизирует или максимизирует вывод функции.
Конструктивные переменные: входные переменные, которые должны быть оптимизированы для достижения целевой функции при определенных ограничениях. Эти переменные изменяются оптимизатором в пределах заданного диапазона значений, называемого границами переменных.
Ограничения: анализируемые условия, которые должны быть выполнены. Ограничения необязательны. Если существует несколько ограничений, пользователь может установить приоритет ограничений с помощью параметра% Weight.
Другие входы: эти входы могут включать количество итераций, центральную частоту и диапазон частот, в котором выполняется анализ.
Цель оптимизации: Максимизация усиления прямоугольной антенны патч-решетки с использованием коэффициента F/B лепестков в качестве ограничения для поддержания желаемого направления основного лепестка.
В этом примере входные данные:
Целевая функция: Maximize Gain (dBi).
Конструктивные переменные: RowSpacing, ColumnSpacing, GroundPlaneLength and GroundPlaneWidth.
Ограничения:F/B lobe ratio (dB).
Чтобы оптимизировать антенну прямоугольной коммутационной решетки, щелкните Оптимизировать (Optimize) в разделе Оптимизировать (Optimize).
Оптимизатор поддерживает несколько целевых функций. В этом примере максимизация усиления используется в качестве целевой функции.
В этом примере работа оптимизатора может занять до семи часов. Для достижения поставленных целей предпочтительны следующие конфигурации машин:
Процессор: процессор Intel ® Xeon ® E5-1650 v4 @ 3,60 ГГц.
ОЗУ: 64GB.
Тип системы: 64-разрядная операционная система.
Для выбора целевой функции выберите «Максимизировать коэффициент усиления».
Чтобы задать конструктивные переменные, перейдите на вкладку «Конструктивные переменные». Установите флажки для выбора конструктивных переменных. Эти переменные оптимизированы для получения максимального усиления антенны.
В этом примере установите флажки, соответствующие RowSpacing и ColoumnSpacing в разделе Массив (Array) - геометрия и GroundPlaneLength и GroundPlaneWidth в разделе Микрополосковая обработка - Геометрия.
Конструктивные переменные устанавливаются на основе значений, показанных в таблице.
Нажмите кнопку Применить (Apply), чтобы задать переменные.
Выберите Функцию ограничения (Constraint Function) на вкладке Ограничение (Constraint).
Чтобы задать ограничения, выберите F/B Lope Ratio (dB) в качестве функции ограничения на панели ограничения выберите оператор «>» под знаком и установите значение 31.
Нажмите «Применить», чтобы принять Constraints.
Чтобы ввести количество итераций, в разделе Настройки (Settings) задайте Итерации (Iterations). до 200 и выберите Parallel Computing при наличии Toolbox™ Parallel Computing.
Чтобы начать оптимизацию, нажмите кнопку Выполнить.
Алгоритм SADEA содержит два этапа
Модель здания
Оптимизация
На стадии модели здания оптимизатор создает суррогатную модель из проектного пространства, указанной цели и функции зависимостей. В проектном пространстве анализ выполняется по выборочным точкам.
В результате ось X показывает количество выборок, а ось Y показывает значение функции анализа в этой выборке. В левой нижней части окна приложения отображается текущее значение образца, а в правой нижней части окна приложения - конструктивные переменные. Оптимизатор берет соответствующее количество образцов для построения модели. После построения модели оптимизатор запускает итерации.
На этапе оптимизации ось X показывает количество итераций, а ось Y - значения целевой функции. Из графиков, показанных на стадии оптимизации, можно понять тенденцию сходимости.
Примечание.Целевые графики и графики зависимостей показывают меньшее количество отклонений. После 170-й итерации два графика сходятся.
После завершения оптимизации нажмите кнопку Принять. Нажмите кнопку Применить, чтобы проанализировать шаблоны 3-D и 2-D.
Чтобы наблюдать 3D радиационный образец оптимизированной антенны, щелкните по 3D Образцу в разделе Pattern. Максимальная направленность наблюдается как 16,8 дБи.
Щелкните Образец EL (EL Pattern) в разделе Массив (Pattern), чтобы увидеть отношение долей F/B. Оптимизированное отношение F/B лепестков антенны составляет 31,4 дБ.
В таблице показано сравнение результатов.
Максимизация усиления и увеличение полосы пропускания импеданса антенны E-Patch