并行調(diào)用有限積分軟件進(jìn)行天線優(yōu)化的算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、在天線設(shè)計(jì)過程中常常涉及到最優(yōu)問題,運(yùn)用傳統(tǒng)的方法對天線進(jìn)行優(yōu)化時(shí),存在一定的難度和挑戰(zhàn),且如果天線問題比較復(fù)雜,在天線建模和求解問題的過程中由于程序的串行性或者方法的陳舊性,優(yōu)化效率往往很低。針對以上問題,本文將微分進(jìn)化策略作為外部優(yōu)化算法,并且在MPI并行框架下,并行調(diào)用有限積分電磁仿真軟件作為計(jì)算天線適應(yīng)度的工具,提出了一種適合對微波無源器件進(jìn)行優(yōu)化的并行方案。并將此方案轉(zhuǎn)化為優(yōu)化程序,應(yīng)用該程序?qū)讉€(gè)算例進(jìn)行了優(yōu)化求解,證明了本

2、文所提出優(yōu)化方案的可行性和有效性。
　　 論文首先對有限積分電磁仿真軟件和微分進(jìn)化策略進(jìn)行了介紹,其中所采用的的電磁仿真軟件基于有限積分法和理想邊界擬合以及強(qiáng)大的三維建模功能等技術(shù),由于其優(yōu)越的性能而越來越受到電磁工作者青睞；接著研究了微分進(jìn)化策略的原理以及相關(guān)參數(shù)對算法尋優(yōu)性能的影響,通過測試函數(shù)驗(yàn)證了編制微分進(jìn)化策略程序的正確性。
　　 其次本文通過編制的外部VB接口程序,將有限積分軟件與外部的微分進(jìn)化策略模塊進(jìn)行了

3、無縫結(jié)合,且其軟件本身的VBA宏語言為這種結(jié)合提供了可能性,實(shí)現(xiàn)了微分進(jìn)化策略通過外部調(diào)用有限積分軟件進(jìn)行天線優(yōu)化的串行程序。通過優(yōu)化天線上開槽的位置和長度,設(shè)計(jì)了一款頻率范圍覆蓋了3.1-10.6GHz的超寬帶陷波天線,其陷波范圍為5.62—6.01GHz,達(dá)到了天線的設(shè)計(jì)目的,證明了串行程序的可行性,也為并行優(yōu)化程序奠定了基礎(chǔ)。
　　 隨后重點(diǎn)闡述了并行微分進(jìn)化策略的幾種并行方式,隨著在串行程序中粗粒度并行模型和遷移算子的引

4、入,實(shí)現(xiàn)了并行調(diào)用有限積分軟件進(jìn)行天線優(yōu)化的方案,并詳細(xì)介紹了該方法的步驟以及特點(diǎn)。分別通過串行和并行方法優(yōu)化了同一款超寬帶貼片天線,通過優(yōu)化結(jié)果和優(yōu)化時(shí)間的對比,證明了并行微分進(jìn)化策略優(yōu)化程序的有效性和高效性。
　　 最后應(yīng)用該并行優(yōu)化程序,優(yōu)化設(shè)計(jì)了兩款超寬帶天線陣:一種是刀型喇叭天線陣,在E面和H面的雙向組陣,有效了縮減了波束寬度增強(qiáng)了方向性,通過增加鐵絲網(wǎng)和優(yōu)化天線陣元的間距等參數(shù),滿足了輻射前后比和方向性的設(shè)計(jì)要求；另