空间映射算法优化共形阵方向图特性

论文摘要

在诸多与曲面共形的微带天线中,圆柱结构的共形微带天线是最为常见的情况,相应的也受到了最广泛的关注,因此有必要对其进行精确的分析。一些数值方法（矩量法、有限元法或有限差分法）已经可以实现这一要求。不过与分析平面结构相比,曲面结构往往需要更长的计算时间,故实现这类天线的优化设计存在很大的困难,实际工程应用中急需合适的优化设计方法。John W. Bandler等在1994年首次提出了空间映射算法的概念,其基本思想是在两个模型的设计参数空间之间建立一种数学联系---映射。通过使粗糙模型的响应逼近精细模型的响应,找出粗糙模型中的设计参数,利用已建立起来的映射关系,最终获得精细模型中的设计参数。这样,主要的优化过程是利用粗糙模型完成的,从而使得整个优化设计的效率大大提高。本文首次将空间映射算法推广到共形天线阵和天线的方向图特性的优化设计之中,利用渐进空间映射算法（SMA-aggressive）对共形于柱面的矩形贴片天线阵方向图特性进行了优化。粗糙模型采用腔模理论结合圆形天线阵理论进行分析,精细模型采用全波电磁仿真软件HFSS整体建模仿真进行分析。避免了基于矩量法基础上以粗剖分作为粗糙模型,细剖分作为精细模型中对剖分粗细的严格把握,并当保证粗糙模型的有效性时,剖分必须满足一定的精度,粗糙模型的仿真速度将会大大下降的缺陷。进而保证了空间映射算法粗糙模型计算速度快但精度低,精细模型计算速度慢但精度高的初衷。结果表明,该方法对天线阵方向图特性的优化设计是可行的,并且具有很高的设计效率,显示出该方法在优化天线方面的优势。同时由于算法的需要应用到了Ansoft HFSS软件中的vbs脚本和Matlab编程建模方法,是对Ansoft HFSS软件中的vbs脚本和Matlab编程建模方法应用的一种很好的展示。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 圆柱共形微带天线的分析
• 2.1 圆柱共形微带单元的分析方法
• 2.1.1 近似模型分析
• 2.1.2 全波模型分析
• 2.2 基于有限元方法的 Ansoft HFSS 电磁仿真软件
• 2.2.1 有限元方法的原理－从一维的例子来看其建模的过程
• 2.3.2 三维时谐场有限元问题
• 2.3.3 有限元方程组的求解
• 2.3 柱面共形天线阵分析
• 第三章 空间映射算法及遗传算法研究
• 3.1 简介
• 3.2 空间映射算法及其衍生算法
• 3.2.1 空间映射算法
• 3.2.2 渐进空间映射算法
• 3.2.3 置信区间渐进空间映射算法
• 3.2.4 混合渐进空间映射算法
• 3.3 遗传算法
• 3.3.1 遗传算法的基本理论
• 3.3.2 遗传算法的基本结构
• 3.3.3 遗传算法的优点
• 第四章 优化实例
• 4.1 设计目标与结构参数
• 4.2 粗糙模型
• 4.3 遗传算法优化粗糙模型
• 4.4 ASM 优化精细模型
• 4.4.1 HFSS 软件中特殊模型的建立
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间的研究成果