Оптимизация элементов антенной решетки Используя приложение Antenna Array Designer
Этот пример демонстрирует, как максимизировать усиление антенных элементов закрашенной фигуры массивов 2 на 2 с помощью дифференциальной эволюции суррогатной модели, которой помогают, для синтеза антенны (SADEA) оптимизатор. Проект и анализ выполняются на уровне 2,4 ГГц.
Откройте приложение Antenna Array Designer
Введите antennaArrayDesigner в командной строке MATLAB®, чтобы открыть приложение.
Команда открывает пустое полотно. В пустом полотне нажмите New.
Спроектируйте прямоугольный микрополосковый массив закрашенной фигуры
В Новой вкладке выберите Rectangular from Array Gallery. Выберите Antenna Gallery> Microstrip под семейством Закрашенных фигур.
Выберите No Backing под разделом Backing Structure Gallery.
Установите значение Частоты Проекта к 2.4 GHz. Установите размер Массивов на 2,2.
Чтобы анализировать эту антенную решетку, нажать кнопку Принять.
Постройте 3-D диаграмму направленности
Наблюдайте прямоугольный массив микрополосковой антенны закрашенной фигуры и размещение геометрии на уровне 2,4 ГГц в Массиве и Размещение 3D вкладки фигуры.
В панели инструментов, под разделом PATTERN, 3-D Шаблон нажатия кнопки, чтобы визуализировать диаграмму направленности. Максимальное усиление массива является 14.8 dBi.
Постройте 2D шаблон вертикального изменения, чтобы измерить переднюю сторону, чтобы поддержать отношение лепестка
В панели инструментов, под разделом PATTERN, нажимают EL Pattern, чтобы визуализировать переднезаднее отношение лепестка (F/B). Щелкните правой кнопкой мыши по графику и выберите Measurements> Antenna Metrices. Диалоговое окно появляется с сообщением: Будут удалены существующие маркеры. Выберите Remove.
F/B (дБ) составляет 31,2 дБ.
Задайте цель оптимизации
Чтобы оптимизировать антенную решетку с помощью Приложения Antenna Array Designer, эти входные параметры требуются:
Целевая функция: главная цель оптимизации. Целевая функция выполняет аналитическую функцию и минимизирует или максимизирует выход функции.
Переменные проекта: входные переменные, которые должны быть оптимизированы, чтобы достигнуть целевой функции при определенных ограничениях. Эти переменные заменяются оптимизатором в предварительно установленной области значений значений, названных границами переменных.
Ограничения: условия при анализе, которому нужно удовлетворить. Ограничения являются дополнительными. Если существует несколько ограничений, то пользователь может приоритизировать ограничения с помощью параметра Веса %.
Другие входные параметры: Эти входные параметры могут включать количество итераций, центральной частоты и частотного диапазона, в котором выполняется анализ.
Цель оптимизации: максимизировать усиление прямоугольной антенны закрашенной фигуры массивов с помощью отношения лепестка F/B в качестве ограничения, чтобы обеспечить желаемое направление основного лепестка.
В этом примере входные параметры:
Целевая функция: Maximize Gain (dBi).
Переменные проекта: RowSpacing, ColumnSpacing, GroundPlaneLength and GroundPlaneWidth.
Ограничения:
Установите оптимизатор
Чтобы оптимизировать прямоугольную антенну закрашенной фигуры массивов, нажмите Optimize под разделом Optimize.
Оптимизатор поддерживает несколько целевых функций. Этот пример использование, максимизирующее усиление как целевая функция.
В этом примере оптимизатор может занять до семи часов, чтобы сходиться. Чтобы достигнуть целей, эти настройки машины предпочтены:
Процессор: Intel ® Xeon ® CPU E5-1650 v4 @3.60GHz.
ПОРШЕНЬ: 64 ГБ.
Системный тип: 64-битная операционная система.
Установите целевую функцию
Чтобы выбрать целевую функцию, выберите Maximize Gain.
Установите переменные проекта
Чтобы установить переменные проекта, выберите вкладку Design Variables. Установите флажки, чтобы выбрать переменные проекта. Эти переменные оптимизированы, чтобы получить максимальное усиление антенны.
В этом примере установите флажки соответствующий to RowSpacing и ColoumnSpacing под rectangularArray-геометрией и GroundPlaneLength и GroundPlaneWidth под patchMicrostrip - Геометрия.
Переменные проекта установлены на основе значений, показанных в таблице.
Нажмите Apply, чтобы установить переменные.
Установите ограничения на цель оптимизации
Выберите вкладку Constraint Function under Constraint.
Чтобы установить ограничения, выберите, F/B Lobe Ratio (дБ) как Ограничительная Функция от Ограничительной панели выбирают‘> ’оператор под знаком и устанавливают Значение как 31.
Нажмите Apply, чтобы принять Constraints.
Чтобы ввести количество итераций, в разделе Settings, устанавливает Итерации к 200 и выбирают Parallel Computing, если у вас есть Parallel Computing Toolbox™.
Запустите оптимизацию SADEA
Чтобы запустить оптимизацию, нажмите Run.
Алгоритм SADEA содержит два этапа
Создавание модели
Оптимизация
На этапе модели создания оптимизатор делает суррогатную модель из пробела проекта, заданной цели и ограничительной функции. В проекте анализ пробела выполняются на точках выборки.
В результате Ось X показывает количество отсчетов, и Ось Y показывает значение аналитического значения функции на той выборке. Левая нижняя сторона окна приложения показывает текущее демонстрационное значение, и правая нижняя сторона окна приложения показывает переменные проекта. Оптимизатор берет соответствующее количество отсчетов, чтобы создать модель. После того, как модель создана, оптимизатор запускает рабочие итерации.
На этапе оптимизации Ось X показывает количество итераций, и Ось Y показывает значения целевой функции. Из графиков, показанных на этапе оптимизации, можно изучить тренд сходимости.
Примечание: цель и ограничительные графики показывают меньше отклонений. После 170-й итерации сходятся два графика.
Оптимизированный 3-D шаблон и передняя сторона, чтобы поддержать отношение лепестка
Если оптимизация завершена, нажать кнопку Принять. Нажмите Apply, чтобы анализировать 3-D и 2D шаблоны.
Чтобы наблюдать 3-D диаграмму направленности оптимизированной антенны, кликните по 3D Шаблону в разделе Pattern. Максимальная направленность наблюдается как 16.8 dBi.
Click EL Pattern в разделе Pattern, чтобы наблюдать отношение лепестка F/B. Оптимизированная антенна отношение лепестка F/B составляет 31,4 дБ.
Таблица показывает сравнение результатов.
