[发明专利]基于区域分解法的天线优化设计方法有效

专利信息
申请号: 201510393603.7 申请日: 2015-07-07
公开(公告)号: CN104951617B 公开(公告)日: 2018-08-03
发明(设计)人: 胡俊;王晓琼;赵冉;江明 申请(专利权)人: 电子科技大学
主分类号: G06F17/50 分类号: G06F17/50
代理公司: 成都金英专利代理事务所(普通合伙) 51218 代理人: 袁英
地址: 610041 四川省成*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 基于 区域 解法 天线 优化 设计 方法
【说明书】:

发明公开了一种基于区域分解法的天线优化设计方法,包括以下步骤:建立天线和载体的几何模型,将几何模型划分成若干个闭合子区域;利用粒子群优化算法初始化各粒子的速度信息和位置信息;将粒子的位置信息传输到待优化子区域的几何模型中,利用非共型的积分方程区域分解法对天线和载体的几何模型进行电磁分析;将电磁分析结果带入适应度函数得到适应度值;根据适应度值更新个体极值和群体极值;根据适应度值、个体极值和群体极值更新粒子的速度信息和位置信息;重复上述步骤,直到粒子的速度信息和位置信息的更新迭代次数达到设定值。本发明结合了快速高效的电磁场数值计算方法的优化方法,能够对复杂目标进行快速的电磁分析和灵活的优化设计。

技术领域

本发明涉及电磁场与微波技术领域,特别是涉及一种基于区域分解法的天线优化设计方法。

背景技术

在复杂目标的电磁特性分析问题中,其目标结构往往具有电大尺寸或几何复杂多尺度的特点,如在电大载体的天线设计问题中,平台一般是电大尺寸居多而天线结构较为精密,灵活高效得对上述目标进行电磁分析一直以来是学术界关注的焦点,进一步对其进行优化设计通常面临更大的挑战。

为解决电大尺寸及多尺度问题,可以采用直接的计算电磁学方法,如FDTD、FEM、MOM等,但是以上传统方法的使用一般局限于适当的电尺寸和结构简单的问题中。在多尺度问题中,若是对目标整体都采用精密剖分,势必会带来过大的未知量个数,这会使问题的处理消耗巨大的资源,加重计算负担;使用多尺度的方式处理目标,剖分电大光滑的部分采用较粗均匀网格,剖分精细部分采用较细密集网格,网格特性会造成本征值矢量和分布有较大差别,容易产生病态的阻抗矩阵,使用传统的矩阵求解方法时不易收敛。特别是在优化问题中,针对目标的每个优化结构,传统计算方法无法自动完成网格更新,必须对整体重新剖分离散化再计算,这是优化过程的一大阻碍。

在上述问题中使用大家熟知的基于计算电磁学的商用仿真软件,如CST、FEKO、HFSS等,操作简单,结果直观,能够完成目标的基本建模和电磁性能的调试。但在电大尺寸及几何多尺度问题中对每个几何状态需要重复调用软件,计算效率低下,并且针对具体问题时的计算灵活度差,在优化问题中软件自带优化工具具体参数的可调节可操作性不强。

使用传统计算电磁学方法或者商业软件仿真都不易直接得到精确结果,而优化设计若通过实地测试的方式获得反馈数据不仅局限于测试设备及环境,还会拉长设计周期,消耗大量人力物力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种基于区域分解法的天线优化设计方法,结合了快速高效的电磁场数值计算方法的优化方法,能够对复杂目标进行快速的电磁分析和灵活的优化设计。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:基于区域分解法的天线优化设计方法,包括以下步骤:

S1.建立天线和载体的几何模型,并将该几何模型划分成若干个闭合子区域,且每个子区 域独立剖分;

S2.利用粒子群优化算法初始化各粒子的速度信息和位置信息,所述粒子为待优化子区域的坐标信息;

S3.将粒子的位置信息传输到待优化子区域的几何模型中,利用非共型的积分方程区域分解法对天线和载体的几何模型进行电磁分析;

S4.将电磁分析结果带入适应度函数,得到适应度值;

S5.根据适应度值更新个体极值和群体极值;

S6.根据适应度值、个体极值和群体极值更新粒子的速度信息和位置信息;

S7.重复步骤S3~S6,直到粒子的速度信息和位置信息的更新迭代次数达到设定值。

所述步骤S3包括以下子步骤:

S31.将粒子的位置信息传输到待优化子区域的几何模型中,改变该待优化子区域的几何信息;

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