[发明专利]一种天线设计方法

摘要

本发明公开了一种天线设计方法，该方法在类电磁机制算法的基础上加入小波变异算子改善原算法性能，克服原算法易陷入局部极小值的缺点；并引入分层优化机制，将多目标问题中的各个目标函数通过改进类电磁机制算法逐个进行寻优，利用较少的迭代次数得到符合设计指标的解，从而克服传统加权组合方法不易确定加权系数及收敛效果不好等缺点。利用本发明的方法对双频带缝隙天线和L折叠形单极天线进行优化设计，所设计出来的天线满足设计指标，证明了该方法的有效性和优越性。

主权项

1.一种天线设计方法，其特征在于,包括如下步骤：步骤1：建立天线模型并完成带电粒子的初始化，设置最大迭代次数为T，种群规模为m，即粒子种群可以表示为{X1,…,Xm}；设置粒子维度为D，在可行域内随机产生初始带电粒子位置，每一维的位置在[lk,uk]范围内产生均匀分布的随机数，则第i个粒子可以表示为Xi＝(xi1,xi2,xi3,…xik,…xiD)，其中1≤i≤m，1≤k≤D，lk表示第k维的下界，uk表示第k维的上界，每个维度的数值表示天线的一个尺寸参数；根据天线辐射特性确定其N个设计指标，相应的N个目标函数为G1(X),G2(X),…,GN(X)，N个目标分别表示为G1(X)＜δ1，G2(X)＜δ2，…，GN(X)＜δN，其中，δ1,δ2,...,δN分别表示设计指标对应的具体值；步骤2：将带电粒子带入目标函数计算出每个粒子对应的N个目标函数G1(X),G2(X),...,GN(X)并选取其中一个作为其适应度函数G(X)，根据N个目标函数将可行域划分成N个区域，对于第i个带电粒子，如果尚未达到第一个目标，则粒子i位于区域一，并选择G1(X)作为其适应度函数；如果达到前M(1,2,...,M,...,N)个目标，则粒子i位于区域M+1，并选择GM+1(X)作为其适应度函数，完成对所有带电粒子目标函数的计算以及适应度函数的选择；步骤3：对于多目标优化问题，位于区域二的粒子的优先级比区域一的粒子高，位于区域三粒子的优先级比区域二的粒子高，而区域N的粒子拥有最高的优先级，因此在选取最优粒子前，为所有粒子设置优先级，位于区域一、二、…、N的粒子设优先级为pr＝1,2,...,n；选取最优粒子xbest时，高优先级的粒子总是优先被选作最优粒子，如果有个粒子处于最高优先级，即使它的适应度G(X)在所有粒子中最低，也会被选最最优粒子；步骤4：判断是否达到最大迭代次数T，如果达到，输出最优粒子xbest及其对应的适应度函数，否则继续执行步骤5；步骤5：对当前最优粒子xbest进行局部搜索，一旦搜索到优于它的粒子则停止搜索，否则需完成预先设定的迭代次数lsiter，并且保持种群不变；类电磁机制算法中设置局部搜索步长δ∈[0,1]，设置局部搜索次数lsiter∈[5,15]；步骤6：计算每个带电粒子的电荷量及所受合力，对于粒子i，电荷量计算公式为合力的计算公式为其中，f(x_i)(i＝1,2,···,m)表示粒子i的适应度函数；步骤7：将当前粒子将沿着合力的方向以一个随机步长移动，移动公式为其中，λ∈(0,1)为随机数；移动过程中，其可行移动范围由向量RNG＝(v₁,v₂,···,v_D)给出，向量RNG的分量表示对应的朝上边界u_k或者下边界l_k移动的可行步长，且有其中F_ik为粒子i所受合力F_i的第k维分量；步骤8：按概率对带电粒子进行小波变异，设置变异概率pm，pm∈[0,1]，算法迭代过程中，在更新带电粒子位置之后，由系统自动产生一个随机数rand∈[0,1]，若rand＜pm则判定空气粒子需要做小波变异操作，其公式为其中，为进行小波变异后的空气粒子位置，为第i(1≤i≤m)个粒子第t次迭代位置最大值，为第i(1≤i≤m)个粒子第t次迭代位置最小值；小波函数且其中，t为当前迭代次数，T为最大迭代次数，ξ_wm为单调递增函数的形状参数，g_wm为尺度参数a的上限值，ξ_wm∈[0,20]，g_wm∈[0,1500]；步骤9：返回步骤2。