[
На правах рукописи
Газизов Тимур Тальгатович
Алгоритмическое и программное обеспечение
для моделирования проводных антенн
с сосредоточенными нагрузками
Специальность 05.13.18
Математическое моделирование, численные методы
и комплексы программ
Автореферат
диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Томск – 2008 2
Работа выполнена в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники
Научный руководитель: канд. техн. наук, старший научный сотрудник Коваленок Всеволод Иванович
Официальные оппоненты: д-р физико-математических наук, профессор Поляков Виктор Владимирович;
д-р физико-математических наук, профессор Бондарчук Сергей Сергеевич
Ведущая организация: Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики (г.
Новосибирск)
Защита состоится 21 ноября 2008 года в 14:00 на заседании диссертационного совета Д 212.005.04 в ГОУ ВПО «Алтайский государственный университет» под адресу: 656049, г. Барнаул, пр. Ленина, 61.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного университета по адресу: 656049, г. Барнаул, пр. Ленина, 61.
Автореферат разослан «_» октября 2008 года.
Ученый секретарь диссертационного совета д-р физико-математических наук профессор С.А. Безносюк
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В последнее время большое внимание уделяется решению задач прикладной электродинамики. К таким задачам относятся проектирование антенн и антенных решеток, синтез плоских многослойных поглотителей, разработка частотно-селективных поверхностей, синтез многослойных диэлектрических структур, анализ электростатического и магнитостатического оборудования, разработка различных электромагнитных устройств. Среди этих задач особое место занимает проектирование антенн, основой которого является компьютерное моделирование. При этом исследование методов улучшения характеристик проводных антенн, в частности увеличения рабочего диапазона частот, актуально. Часто необходимо усовершенствовать характеристики антенны, не изменяя её геометрических размеров. Как правило, в этом случае используется дополнительная согласующая цепь. Также используется включение сосредоточенных нагрузок в структуру исследуемой антенны. Так, включение последовательных и параллельных контуров в качестве сосредоточенных нагрузок вдоль проводных антенн, при жестких ограничениях на размеры антенн, позволяет улучшить их характеристики, минимизировать коэффициент стоячей волны (КСВ). Большой вклад в исследование этого вопроса внесли Овсяников В.В., Harrington R.F., Mautz J.R. и др. Между тем, ряд задач по оптимизации параметров проводных антенн не решен. В данной работе предлагается оптимизировать параметры сосредоточенных нагрузок и структуры проводных антенн для улучшения их характеристик с помощью генетических алгоритмов (ГА). Дарвина, ГА сегодня получили наибольшее Основанные на теории Ч.
распространение среди эволюционных алгоритмов. На их основе осуществляются: оптимизация профилей балок в строительстве, обработка рентгеновских изображений в медицине, оптимизация работы нефтяных трубопроводов и т.д. Для решения различных задач электродинамики ГА использовали Бовбель Е.И., Кухарчик П.Д., Тишков Д.В., Чермошенцев С.Ф., Johnson J.M., Rahmat-Samii Y., Haupt R.L. и др. Применение данных алгоритмов позволяет улучшить параметры исследуемых устройств, уменьшить вычислительные затраты, а также получить принципиально новые, патентоспособные структуры. Использование таких алгоритмов в составе программного комплекса для оптимизации сосредоточенных нагрузок позволит улучшить характеристики проводных антенн при их моделировании.
Цель работы: разработка алгоритмического и программного обеспечения для моделирования проводных антенн с улучшенными характеристиками за счет оптимизации сосредоточенных нагрузок.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Предложить алгоритмы оптимизации параметров и мест включения сосредоточенных нагрузок при моделировании антенн.
2. Разработать программное обеспечение для моделирования проводных антенн с сосредоточенными нагрузками и их оптимизации.
3. Выполнить моделирование модифицированных вибраторных антенн с сосредоточенными нагрузками.
4. Создать новые антенные структуры с улучшенными характеристиками.
В работе использовались: теория антенн, глобальные методы оптимизации, объектно-ориентированное программирование.
Достоверность результатов подтверждается сравнением теоретических результатов с опубликованными данными, математическим моделированием и экспериментом.
Научная новизна 1. Представлена и обоснована классификация глобальных методов оптимизации по принципам и явлениям, лежащим в их основе.
2. Предложена методология снижения КСВ антенны за счет оптимизации генетическими алгоритмами параметров и мест включения сосредоточенных нагрузок в виде параллельных RLC фильтров, не меняя структуры и геометрических размеров антенны.
3. Впервые выполнено моделирование широкодиапазонной модифицированной вибраторной антенны с оптимизацией сосредоточенных нагрузок.
Практическая значимость 1. Предложенная методология позволила создать широкодиапазонную
«