Применение генетических алгоритмов к проектированию антенн

Как правило, в задачах синтеза антенн используется простой генетический алгоритм, основанный на применении оператора одноточечного кроссинговера и различных методов селекции. Хромосома, описывающая конструкцию проектируемой антенны, может быть сконструирована различным образом. Наиболее простая конструкция хромосомы будет в случае последовательной структуры хромосомы:

(l1d1) (l2d2) (l3d3) (l4d4) (l5d5), (1.1).

где li — длина элемента антенны с номером i;

di — расстояние от элемента с номером i до следующего элемента антенны.

Круглыми скобками в выражении (1.1) выделены фрагменты хромосомы (гены) описывающие один элемент антенны. При проектировании антенны для описания длин элементов и расстояний между ними использовался двоичный код длиной 6 бит. Таким образом, длина хромосомы для пятиэлементной антенны составила 54 бита. Это позволило с достаточной степенью точности описать расстояние между элементами антенны и длину каждого из них. Дальнейшее увеличение длины хромосомы нецелесообразно, поскольку в этом случае дискрет изменения длины элемента или расстояния между элементами окажется меньше погрешности изготовления антенны.

Результаты проектирования антенны определяются выбором функции пригодности, в простейшем случае представляющем линейную комбинацию параметров проектируемой антенны и штрафных коэффициентов. В более общих случаях функции пригодности могут носить нелинейный характер.

Основные требования, предъявляемые к таким антеннам, заключаются в максимизации коэффициента усиления антенны (КУ) G при минимизации коэффициента стоячей волны в тракте питания (Ксв) Vswr и максимизации коэффициента помехозащищенности Fbr. Подробно вопрос выбора функции пригодности в проектировании антенн рассмотрен в [Сорокин и др., 2003]. В данной работе при проектировании директорной антенны была использована следующая функция пригодности [Сорокин и др., 2003], [Alander и др., 2002]:

FF=-a•G-b•Fbr+c•Vswr, (1.2).

где a, b, c — штрафные коэффициенты.

Оптимальному решению задачи проектирования соответствует минимум функции пригодности (1.2).

Выбор штрафных коэффициентов может осуществляться различными способами, однако, в большинстве случаев он осуществляется экспериментальным путем. Штрафные коэффициенты могут быть статическими, то есть не зависящими от величины параметра проектируемого устройства, входящего в функцию пригодности, и динамическими. В последнем случае величины штрафных коэффициентов изменяются в зависимости от соответствующих параметров проектируемого устройства. В настоящей работе использованы динамические штрафные коэффициенты, определенные следующим образом:

вибраторный антенна многокритериальный оператор

Такой выбор штрафных коэффициентов позволяет ограничить величину коэффициента помехозащищенности антенны и обеспечить ее хорошее согласование с трактом питания.

Для решения задач проектирования антенн кроме оператора одноточечного кроссинговера можно применять также операторы кроссинговера высших степеней и многородительское скрещивание. В настоящей работе рассмотрено применение операторов одноточечного и двухточечного кроссинговера, а также трехродительского скрещивания в задаче синтеза пятиэлементной директорной антенны.