Этот пример демонстрирует, как максимизировать усиление антенных элементово массива с закрашенной фигурой 2 на 2 с помощью суррогатной модели, способствующей дифференциальной эволюции для оптимизатора синтеза антенны (SADEA). Проект и анализ выполняются на частоте 2,4 ГГц.
Введите antennaArrayDesigner в командной строке MATLAB ®, чтобы открыть приложение.
Команда открывает пустое полотно. В пустом холсте нажмите кнопку Создать.
На вкладке «Создать» выберите «Прямоугольный» из коллекции массивов. Выберите «Галерея антенн» > «Микрополоска» в семействе закрашенных фигур.
Выберите «Без подкачки» в разделе «Галерея опорных структур».
Установите значение Design Frequency в 2.4 GHz. Установите размер массива равным 2,2.
Чтобы проанализировать эту антенную решетку, нажмите Принять.
Наблюдайте прямоугольный массив микрополосковой закрашенную фигуру и размещение геометрии на частоте 2.4 ГГц во вкладках Array и Layout 3D figure.
На панели инструментов в разделе PATTERN нажмите кнопку 3-D Шаблон, чтобы визуализировать диаграмму направленности излучения. Максимальное усиление массива составляет 14,8 дБи.
На панели инструментов, в разделе PATTERN, нажмите EL Pattern, чтобы визуализировать отношение передней и задней (F/B) лепестков. Справа нажатием кнопки на графике и выберите Измерения > Antenna Metrices. Появится диалоговое окно с сообщением: Существующие маркеры будут удалены. Выберите «Удалить».
F/B (дБ) составляет 31,2 дБ.
Чтобы оптимизировать антенную решетку с помощью приложения Antenna Array Designer, необходимы эти входы:
Целевая функция: Главная цель оптимизации. Целевая функция оценивает функцию анализа и минимизирует или максимизирует выход функции.
Проекты переменные: Переменные входы, которые должны быть оптимизированы, чтобы достичь целевой функции при определенных ограничениях. Эти переменные изменяются оптимизатором в предустановленной области значений значений, называемом границами переменных.
Ограничения: Исследуемые условия, которые должны быть удовлетворены. Ограничения опциональны. Если существует несколько ограничений, пользователь может определить приоритеты ограничений с помощью параметра% Weight.
Другие входы: Эти входы могут включать количество итераций, центральную частоту и частотную область значений, в котором выполняется анализ.
Цель оптимизации: Максимизировать коэффициент усиления прямоугольной закрашенной фигуры массива антенны, используя отношение F/B лепестка в качестве ограничения для поддержания желаемого направления основного лепестка.
В этом примере входами являются:
Целевая функция: Maximize Gain (dBi).
Конструктивные переменные: RowSpacing, ColumnSpacing, GroundPlaneLength and GroundPlaneWidth.
Ограничения: F/B lobe ratio (dB).
Чтобы оптимизировать прямоугольную антенну коммутационного массива, нажмите кнопку «Оптимизировать» в разделе «Оптимизировать».
Оптимизатор поддерживает несколько целевых функций. Этот пример использует максимизацию усиления в качестве целевой функции.
В этом примере оптимизатор может занять до семи часов, чтобы сходиться. Для достижения поставленных целей предпочтительными являются следующие строения машин:
Процессор: Процессор Intel ® Xeon ® E5-1650 v4 @ 3.60 ГГц.
Оперативная память: 64GB.
Тип системы: 64-разрядная операционная система.
Чтобы выбрать целевую функцию, выберите Maximize Gain.
Чтобы задать конструктивные переменные, выберите вкладку Конструктивные переменные. Установите флажки, чтобы выбрать переменные проекты. Эти переменные оптимизированы, чтобы получить максимальное усиление антенны.
В этом примере установите флажки, соответствующие RowSpacing и ColoumnSpacing под прямоугольным массивом (Array-Geometry) и GroundPlaneLength и GroundPlaneWidth в разделе patchMicrostrip -Геометрия.
Конструктивные переменные устанавливаются на основе значений, показанных в таблице.
Нажмите Применить, чтобы задать переменные.
Выберите «Функция ограничения» на вкладке «Ограничение».
Чтобы задать ограничения, выберите F/B Lobe Ratio (dB) в качестве функции ограничения из панели ограничения выберите оператор «>» под знаком и установите значение 31.
Нажмите Применить, чтобы принять Constraints.
Чтобы ввести количество итераций, в разделе Settings, установите Iterations до 200 и выберите Parallel Computing, если у вас есть Toolbox™ Parallel Computing.
Чтобы начать оптимизацию, нажмите Запуск.
Алгоритм SADEA содержит два этапа
Создание
Оптимизация
На этапе модели создания оптимизатор делает суррогатную модель из пространства проекта, заданного объекта и функции ограничений. В проекте анализ пространства выполняется на точки выборки.
В результате ось X показывает количество выборок, а ось Y - значение значения функции анализа на этой выборке. В нижней левой части окна приложения отображается текущее значение выборки, а в нижней правой части окна приложения - переменные проекты. Оптимизатор принимает соответствующее количество выборок, чтобы создать модель. После того, как модель построена, оптимизатор начинает запускать итерации.
На этапе оптимизации ось X показывает количество итераций, а ось Y - значения целевых функций. Из графиков, показанных на стадии оптимизации, можно понять тренд сходимости.
Примечание. Графики цели и ограничения показывают меньше отклонений. После 170-й итерации два графика сходятся.
После завершения оптимизации нажмите Accept. Нажмите Apply, чтобы проанализировать шаблоны 3-D и 2-D.
Чтобы наблюдать 3-D диаграммы направленности оптимизированной антенны, нажмите кнопку 3D шаблона в разделе Pattern. Максимальная направленность наблюдается как 16,8 дБи.
Щелкните EL Pattern в разделе Pattern, чтобы увидеть отношение F/B лепестка. Оптимизированное отношение F/B лепестков антенны составляет 31,4 дБ.
Таблица показывает сравнение результатов.
Максимальное усиление и улучшение полосы сопротивления антенны E-Patch
