一种天线的新型演化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种天线的新型演化方法，属于天线技术领域。
【背景技术】
[0002] 演化天线研宄开始于1990s，近年随着智能算法的不断改进，计算机运算速度增 加，电磁仿真软件的改进，演化天线研宄发展很快。NASA演化天线自动设计软件设计的天线 因优于传统天线而在2006年发射的ST5卫星上获得成果应用。从此之后演化天线在军事 航空领域有着广泛的应用，但是在民用领域仍然没有有效应用。随着信息时代的到来，需要 快速交换信息，利用现有的设计方法进行设计，得到的天线常常无法达到小型化的目的，频 段往往较低，无法满足更高的无线信号传输需求。
[0003] WiFi技术是一种无线网络上网技术，几乎所有的几乎所有智能手机、平板电脑和 笔记本电脑都支持无线上网。在移动终端在生活中无处不见时，而且对于无线网络要求越 来高时，高性能WiFi天线有着重要意义。
[0004] 传统的天线设计方法依赖于天线设计人员的电磁理论知识与经验，在面对具有挑 战性的需求时，例如星载天线、导弹天线以及小型化的手机天线等，难以快速高效的找到较 好的解决方案，基于计算机技术、智能计算技术和电磁仿真技术等的自动天线设计方法对 于解决上述挑战有着潜在优势。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种天线的新型演化方法，该方法不必 依赖于天线设计人员的电磁理论知识与经验，能够应对多种天线设计需求，可以利用智能 计算技术和现有的电磁仿真技术完成自动化智能天线演化。
[0006] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种天线的新型演化方 法，包括以下步骤：设置天线工作频率范围、天线工作的方位角和仰角的范围、约束优化条 件、天线仿真物理模型中尺寸的范围以及迭代次数，所述约束优化条件包括增益约束条件、 轴比约束条件和驻波比约束条件；根据天线工作频率范围设置天线形状，建立天线的仿真 物理模型，利用天线演化算法得到父代，所述父代为仿真物理模型中的尺寸变量；判断当前 的仿真物理模型中的尺寸变量是否满足约束优化条件或达到最大迭代次数，若是则演化结 束，仿真物理模型中的尺寸变量为演化结果；否则利用当前的仿真物理模型中的尺寸变量 计算评估值，并将评估值和约束条件带入天线演化算法进行迭代，得到子代的尺寸变量， 直到当前的仿真物理模型中的尺寸变量满足约束优化条件或达到最大迭代次数为止。
[0007] 所述的一种天线的新型演化方法具体包括以下步骤：
[0008] (1)设置天线工作频率范围、天线的约束优化条件、天线工作的方位角和仰角的范 围、天线仿真物理模型中尺寸的范围以及最大迭代次数；所述约束优化条件包括增益约束 条件、轴比约束条件和驻波比约束条件；
[0009] (2)建立天线的仿真物理模型，所述仿真物理模型中，所述天线包括扁平长方体绝 缘基板，绝缘基板的上表面贴有与绝缘基板大小相同的导体贴片，所述导体贴片中央设有 椭圆孔，椭圆孔的长轴平行于上表面的长边，绝缘基板的下表面横向设置长条形馈线，馈线 的右端设有馈点，所述馈点与绝缘基板下表面的右边缘平齐；绝缘基板的高为K长为W、宽 为1，导体贴片上的椭圆孔长半轴为a、短半轴b，导体贴片的厚度为c，馈线的宽度为fV、长 度为fl，馈点中心到椭圆孔的短轴的距离为d ;利用天线演化算法得到父代，所述父代为2 组以上的包括h、w、1、a、b、c、fw、fl和d的个体；h、w、1、a、b、c、fw、fl和d为尺寸变量； 设置变量N以指示迭代次数，N的初始值为O ;
[0010] (3)对于父代中的每组个体，根据以下评估值计算公式计算评估值f(3〇:
[0011]
【主权项】
1. 一种天线的新型演化方法，其特征在于包括以下步骤：设置天线工作频率范围、天 线工作的方位角和仰角的范围、约束优化条件、天线仿真物理模型中尺寸的范围以及迭代 次数，所述约束优化条件包括增益约束条件、轴比约束条件和驻波比约束条件；根据天线工 作频率范围设置天线形状，建立天线的仿真物理模型，利用天线演化算法得到父代，所述父 代为仿真物理模型中的尺寸变量；判断当前的仿真物理模型中的尺寸变量是否满足约束优 化条件或达到最大迭代次数，若是则演化结束，仿真物理模型中的尺寸变量为演化结果；否 则利用当前的仿真物理模型中的尺寸变量计算评估值，并将评估值和约束条件带入天线演 化算法进行迭代，得到子代的尺寸变量，直到当前的仿真物理模型中的尺寸变量满足约束 优化条件或达到最大迭代次数为止。
2. 根据权利要求1所述的天线的新型演化方法，其特征在于具体包括以下步骤： (1) 设置天线工作频率范围、天线的约束优化条件、天线工作的方位角和仰角的范围、 天线仿真物理模型中尺寸的范围以及最大迭代次数；所述约束优化条件包括增益约束条 件、轴比约束条件和驻波比约束条件； (2) 建立天线的仿真物理模型，所述仿真物理模型中，所述天线包括扁平长方体绝缘基 板，绝缘基板的上表面贴有与绝缘基板大小相同的导体贴片，所述导体贴片中央设有椭圆 孔，椭圆孔的长轴平行于上表面的长边，绝缘基板的下表面横向设置长条形馈线，馈线的右 端设有馈点，所述馈点与绝缘基板下表面的右边缘平齐；绝缘基板的高为K长为w、宽为1， 导体贴片上的椭圆孔长半轴为a、短半轴b，导体贴片的厚度为c，馈线的宽度为fV、长度为 fl，馈点中心到椭圆孔的短轴的距离为d ;利用天线演化算法得到父代，所述父代为2组以 上的包括h、w、1、a、b、c、fw、fl和d的个体；h、w、1、a、b、c、fw、fl和d为尺寸变量；设置 变量N以指示迭代次数，N的初始值为O ; 讨干V枰由的铦铂小优.枏抿W下课仕佶补曾公才彳+曾课仕佶fd
其中，f(又)表示评估值，?是以h、w、1、a、b、c、fw、fl和d为元素的向量，（φ，θ)表示 空间球面坐标系中的点，φ和Θ分别为空间球面坐标系的方位角和仰角，φ和Θ的取值范 围分别在步骤（1)设置的天线工作的方位角和仰角的范围内；
MeanVSWRareql= XvSWR(freq)/3； freq Gain(<M,&eq)是工作频率为freq的天线在（φ，θ)处的增益； AR(#&eq,是工作频率为freq的天线在（φ，θ)处的轴比； VSWR(frai)是天线在工作频率为freq时的驻波比； freq的取值范围在步骤（1)设置的天线工作频率范围内； Gain((P,0,fcq)、和VSWR(ftrai)均为根据仿真物理模型利用仿真算法仿真得到 的结果； 迭代次数N累加1 ; (4) 若父代中有一组个体使得天线的约束优化条件均满足，则演化结束，该组个体为演 化结果；若迭代次数N大于步骤（2)设置的迭代次数，则父代中使f(幻值最小的个体为演 化结果；否则进入步骤（5); (5) 对于父代中每一组个体，进行以下步骤：将计算得到的f(3〇和约束优化条件代入 天线演化算法进行迭代，得到新的尺寸变量为子代的个体；各组子代组合为新的父代，返回 步骤（3)进行下一轮迭代。
3.根据权利要求2所述的天线的新型演化方法，其特征在于：步骤（1)所述的天线的 约束优化条件包括增益约束条件、轴比约束条件和驻波比约束条件，其中， 增益约束条件为gGain。,,, _#) = - Gain 轴比约束条件为gAR,〇.丨uwqs(S) = 15-AR (9,6,freq) ? 驻波比约束条件为gVSWR-(又）=VSWR(fcql -1.5功。
【专利摘要】本发明提供了一种天线的新型演化方法，设置天线工作频率范围、天线工作的方位角和仰角的范围、约束优化条件、天线仿真物理模型中尺寸的范围以及迭代次数，建立天线的仿真物理模型，利用天线演化算法得到父代；判断当前的仿真物理模型中的尺寸变量是否满足约束优化条件或达到最大迭代次数，若是则演化结束；否则将评估值和约束条件带入天线演化算法进行迭代，得到子代的尺寸变量，直到当前的仿真物理模型中的尺寸变量满足约束优化条件或达到最大迭代次数为止。本发明不必依赖于天线设计人员的电磁理论知识与经验，能够应对多种天线设计需求，可以利用智能计算技术和现有的电磁仿真技术完成自动化智能天线演化。
【IPC分类】H01Q1-50, G06F17-50, H01Q1-38
【公开号】CN104636558
【申请号】CN201510072299
【发明人】曾三友, 吴勇, 郭大宇, 胡君
【申请人】中国地质大学（武汉）
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月11日