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基于禁忌搜索算法的倒F天线的优化设计

陈庆莹  
【摘要】:随着计算机技术和电磁场数值理论的不断发展,针对工作综合技术发展的现实客观需求,以电磁装置综合设计为背景的电磁场逆问题已成为电磁场应用研究的热点问题。目前,针对电磁场逆问题的求解,一般都将其分解为若干正问题,采用一定的方法进行迭代达到优化设计的目的。因此,本文对优化算法——电磁场逆问题的核心内容之一,进行了比较深入的探究。在充分分析、总结国内外已有优化算法的基础上,提出新的且具有工程实用价值的快速全局优化算法。鉴于禁忌搜索算法流程清晰、易于实现,本文对随机类优化算法中的禁忌搜索算法进行了重点研究。一,针对禁忌搜索算法对初始解较强的依赖性,提出了一种改进的具有较强全局搜索能力的粒子群算法进行多样化搜索、禁忌搜索算法进行细化搜索的混合算法;二,针对禁忌搜索算法运行的重复性,利用遗传算法能够指导新点的特性,提出了一种改进的禁忌算法作为多样化搜索、遗传算法进行细化搜索的混合算法。从而得到了两种适用于电磁装置优化设计的混合算法,并通过典型数学算例的分析、计算,验证了两种改进算法的有效性和实用性。最后,为验证本文提出算法的工程有效性,应用所提出的两种快速混合全局优化算法解决高频倒F天线优化设计问题。编写HFSS-Matlab-Api脚本程序,调用HFSS建立天线模型,以倒F天线的三个重要结构参数(两竖臂间距S、天线高度H、谐振长度L)为设计变量,以回波损耗最小化为设计目标进行仿真研究。最终得到两款以2.45 GHz为中心频点的优化天线结构参数,回波损耗均低至于S11=-51.0830 dB和S11=-62.1042 dB。实例证明,本文算法既有效提高了优化速率,又保证了算法的全局寻优能力。


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