Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих антен мм діапазону

Досліджується можливість підвищення коефіцієнта спрямованої дії та зменшення розмірів інтегрованих лінзових антен шляхом оптимізації форми лінзи. Задача дифракції розв’язана чисельно у двовимірному формулюванні з використанням методів граничних інтегральних рівнянь типу Мюллера у поєднанні з методом...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2007
Автор:	Борискін, А.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Українська
Опубліковано:	Радіоастрономічний інститут НАН України 2007
Теми:	Антенны, волноводная и квазиоптическая техника
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8372
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих антен мм діапазону / А.В. Борискін // Радиофизика и радиоастрономия. — 2007. — Т. 12, № 3. — С. 311-319. — Бібліогр.: 23 назв. — укp.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859783840814333952
author	Борискін, А.В.
author_facet	Борискін, А.В.
citation_txt	Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих антен мм діапазону / А.В. Борискін // Радиофизика и радиоастрономия. — 2007. — Т. 12, № 3. — С. 311-319. — Бібліогр.: 23 назв. — укp.
collection	DSpace DC
description	Досліджується можливість підвищення коефіцієнта спрямованої дії та зменшення розмірів інтегрованих лінзових антен шляхом оптимізації форми лінзи. Задача дифракції розв’язана чисельно у двовимірному формулюванні з використанням методів граничних інтегральних рівнянь типу Мюллера у поєднанні з методом аналітичної регуляризації та дискретизацією за схемою Гальоркіна. Алгоритм оптимізації побудовано за принципом генетичного алгоритму. Розроблений алгоритм гарантує контрольовану точність обчислення полів для будь-яких параметрів лінзи та швидкий пошук екстремуму цільової функції. Числові результати наведено для рексолітової лінзи, яка опромінюється Е- та Н-поляризованим точковим джерелом. Исследуется возможность повышения коэффициента направленного действия и уменьшения размеров интегрированных линзовых антенн путем оптимизации формы линзы. Задача дифракции решена численно в двумерной постановке с использованием методов граничных интегральных уравнений типа Мюллера в сочетании с методом аналитической регуляризации и дискретизации по схеме Галеркина. Алгоритм оптимизации построен по принципу генетического алгоритма. Разработанный алгоритм гарантирует контролируемую точность вычисления полей для любых параметров линзы и быстрый поиск экстремума целевой функции. Численные результаты приводятся для рексолитовой линзы, облучаемой Е- и Н-поляризованым точечным источником. The possibility for increasing the directivity factor and reducing the size of the integrated lens antennas by optimization of a lens shape is studied. The diffraction problem is solved numerically in a two-dimensional formulation using the Muller-type boundary integral equations methods together with the Galerkin trigonometric descritization scheme and the method of analytical regularization. The optimization algorithm is constructed using the genetic algorithm principle. The algorithm developed guarantees convergence and controlled accuracy for an arbitrary set of lens parameters as well as fast search for the cost function global extremum. The numerical results are shown for a rexolite lens fed by an Е- and Н-polarized point sources.
first_indexed	2025-12-02T09:40:53Z
format	Article
fulltext	Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3, с. 311-319 © А. В. Борискін, 2007 УДК 621.396.677.73 Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих антен мм діапазону А. В. Борискін Інститут радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України, вул. Ак. Проскури, 12, м. Харків, 61085, Україна E-mail: a_boriskin@yahoo.com Стаття надійшла до редакції 30 травня 2007 р. Досліджується можливість підвищення коефіцієнта спрямованої дії та зменшення розмірів інтегрованих лінзових антен шляхом оптимізації форми лінзи. Задача дифракції розв’язана чисельно у двовимірному формулюванні з використанням методів граничних інтегральних рівнянь типу Мюллера у поєднанні з методом аналітичної регуляризації та дискретизацією за схемою Гальоркіна. Алгоритм оптимізації побудовано за принципом генетичного алго- ритму. Розроблений алгоритм гарантує контрольовану точність обчислення полів для будь- яких параметрів лінзи та швидкий пошук екстремуму цільової функції. Числові результати наведено для рексолітової лінзи, яка опромінюється Е- та Н-поляризованим точковим джерелом. Вступ Діелектричні лінзи є ключовими компо- нентами інтегрованих антен в системах мм та субмм діапазону хвиль, таких, як системи локального, мобільного та супутникового зв’язку [1-5], системи забезпечення безпеки руху [6], радіозору [7, 8], ТГц-спектроскопії [9] тощо. Вони використовуються для колі- мації, фокусування та розсіювання або ке- рування пучком електромагнітних хвиль у залежності від передбаченого застосування. Традиційно дизайн більшості діелект- ричних лінзових антен (ДЛА) базується на еліптичних лінзах або їх похідних (рис. 1, а) [10, 11]. Це пояснюється тим, що в набли- женні геометричної оптики еліптична фор- ма є ідеальною, тобто такою, що дозволяє зібрати усі паралельні промені у дальньо- му фокусі еліпса, якщо його ексцентриси- тет співвідноситься з діелектричною про- никністю як 1 .e = ε З метою зменшення розмірів антен та адаптації їх технічних ха- рактеристик до вимог сучасних застосувань було запропоновано використання лінз більш складної форми (рис. 1, б) [2, 12, 13]. Розробка таких антен є можливою лише шляхом попереднього комп’ютерного мо- делювання, яке дозволяє значно скоротити час на їх проектування та уникнути кош- товного виготовлення прототипів та трива- лих вимірювань. Найбільш вразливим місцем на цьому шляху є недосконалість існу- ючих числових алгоритмів, які використо- вуються для аналізу ДЛА. Дотепер більшість програм аналізу та синтезу ДЛА спиралась на оптичні наближення типу геометричної та фізичної оптики [1-3, 9-11, 13], що уне- можливлювало врахування резонансних ефектів усередині лінз [14]. Проте, як було нещодавно продемонстровано, внутрішні резонанси відіграють важливу роль у по- ведінці компактних діелектричних лінз [15]. Використання більш досконалих алго- ритмів може дозволити дослідити електро- магнітні властивості діелектричних лінз скінченних розмірів та знайти шляхи покра- щення робочих характеристик ДЛА. А. В. Борискін 312 Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3 Метою цієї роботи є розробка ефектив- ного числового алгоритму для точного аналізу та швидкої оптимізації форми ком- пактних діелектричних лінз типу, що ви- користовується в інтегральних ДЛА, та дослідження особливостей оптимізацій їх профілю з метою зменшення геометрич- них розмірів та підвищення коефіцієнту спрямованої дії (КСД). Розроблений алго- ритм спирається на методи граничних інтегральних рівнянь (ГІР) типу Мюллера та генетичний алгоритм (ГА), що забезпе- чує контрольовану точність та швидкодію. Постановка задачі та методи дослідження У роботі діелектрична лінза моделюєть- ся однорідним діелектричним циліндром із довільним поперечним перерізом, кон- тур якої описано за допомогою кубічних сплайнів. Така двовимірна модель є спро- щеною, проте вона дозволяє дослідити ре- зонансні явища усередині лінзи та з’ясува- ти основні принципи та особливості опти- мізації форми лінз з малими хвильовими розмірами. У якості первинного джерела використане точкове джерело (коло зі стру- мом), розташоване ззовні лінзи на відстані 0 50sδ = λ 0(λ – довжина хвилі у вакуумі) від її основи (рис. 2). Основа лінзи прохо- дить через геометричний фокус повного елі- пса, що відповідає оптимальному дизайну, відомому із променевої теорії. Осьова симет- рія лінзи враховується через віддзеркалення. Для розв’язання задачі дифракції вико- ристовується метод ГІР Мюллера, що га- Рис. 1. Прототипи ДЛА для систем зв’язку, виготовлені на базі: а) напівеліптичної лінзи [5]; б) лінзи з синтезованим профілем [4] Рис. 2. Геометрія задачі та прийняті позначення. Сірим кольором зображено віддзеркалену поло- вину профілю лінзи Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих... 313Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3 рантує збіжність розв’язку для будь-якого набору параметрів лінзи, та є відомим для двовимірних (2D) та тривимірних (3D) роз- сіювачів [16]. У поєднанні з методом анал- ітичної регуляризації [17] та схемою диск- ретизації Гальоркіна цей метод гарантує швидку збіжність та контрольовану точ- ність числового розв’язку задачі [14, 18]. Так, час обчислення коефіцієнта спрямова- ної дії для лінзи із фіксованою геометрією становить 1 год 8 хв для Pentium 4, 1.6 ГГц (або 23 хв для Athlon 64, 3500+). Слід відзна- чити, що розв’язання тривимірної задачі є значно складнішим, ніж для скалярної, через необхідність одночасного розв’язку задачі відносно усіх шести компонент поля, що ускладнює математичне формулюван- ня задачі та потребує значно більших сис- темних ресурсів та розрахункового часу. Саме тому синтез двовимірних антен є важ- ливим та доцільним, як такий, що дозволяє отримати швидку попередню відповідь про принципову можливість досягнення мети оптимізації. Схему оптимізації профілю лінзи побу- довано за принципом ГА, який копіює при- родний механізм відбору та еволюції. Це реалізується таким чином. Кожній антені із довільною конфігурацією ставиться у відповідність бінарний рядок, який містить у закодованому вигляді всю необхідну інформацію про її форму, розмір, матеріал тощо. Такий бінарний рядок є аналогом хромосоми живої істоти. Користуючись термінологією, запозиченою із генетики, антену, яка відповідає такому рядку, нази- вають “індивідом”. Для пошуку найбільш привабливого індивіду, тобто такого, що матиме найбільше (або найменше) значен- ня цільової функції, спочатку генерується значна популяція індивідів із довільними наборами параметрів. Єдине обмеження на цьому етапі – випадково обрані параметри антени повинні лежати у дозволеному інтер- валі значень. Для кожного із індивідів об- числюється цільова функція, після чого уся популяція сортується відповідно до її зна- чення. Це дозволяє визначити найбільш “перспективних” індивідів. Нові індивіди створюються за допомогою двох простих бінарних операцій, а саме: “схрещування” та “мутації”. Ці терміни теж запозичені з генетики та щонайкраще визначають суть операцій: при схрещуванні використову- ються два вже існуючих індивіди, які об- мінюються частинами своїх бінарних рядків з метою “покращення виду”; при мутаціях частина бінарного рядка змінюється випад- ковим чином (та відповідно змінюються значення одного або декількох фізичних параметрів антени), що є джерелом “гене- тичного матеріалу”, необхідного для пошу- ку нових вдалих індивідів (рис. 3). Су- купність індивідів, утворену шляхом схре- щення та/або мутації індивідів існуючої популяції, називають популяцією наступної генерації. Рис. 3. Ілюстрація до принципу дії ГА: а) бінар- ний рядок, що містить закодовану інформацію про фізичні параметри лінзи довільної форми; б) ілюстрація до процедури схрещення двох індивідів; в) ілюстрація до процедури мутації. Пунктирні лінії вказують на точки розриву рядків, положення яких є випадковим А. В. Борискін 314 Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3 Така псевдовипадкова схема пошуку гло- бального екстремуму забезпечує швидку збіжність та є захищеною від “зависання” у локальних максимумах (або мінімумах). Вперше ГА був запропонований для оп- тимізації характеристик випромінювання антен близько 10 років тому [19, 20] і за- рекомендував себе як потужний інстру- мент синтезу різноманітних мікрохвильо- вих приладів [21]. Числові результати Використання кубічних сплайнів для опису профілю лінзи забезпечує гнучкість контуру та існування першої та другої по- хідних, що є необхідним для стабільності роботи алгоритму, який базується на ГІР Мюллера. За базову форму обрано по- довжений напівеліпс, параметри якого відповідають оптимальній, з точки зору променевої теорії, конфігурації лінзи. Па- раметризація контуру здійснюється за до- помогою полярного кута з рівномірною кутовою сіткою. Кількість вузлів pN оби- рається достатньою для утворення довіль- ної форми контуру лінзи. Параметрами, що визначають форму фронтальної поло- вини лінзи та підлягають оптимізації, є додатки до радіус-векторів відповідних вузлів (рис. 2). Цільовою функцією було обрано КСД точкового джерела у присут- ності лінзи. Таким чином, задача оптимізації зводиться до пошуку максимуму функції 1 2( , , , ). pND ∆ ∆ … ∆ Процес оптимізації відображено на рис. 4 та рис. 5. Кожна крива на рис. 4 відповідає одній популяції, індивідууми якої відсорто- вані згідно до величини цільової функції, тобто КСД. Горизонтальна пунктирна лінія відображає значення КСД для точкового джерела, що збуджує напівеліптичну лінзу. Як видно, навіть у популяції першої гене- рації існують індивіди, цільова функція яких є більшою за таку для класичної напівеліп- тичної лінзи. Подальша оптимізація фор- ми контуру лінзи дозволяє підвищити КСД майже на 25 % порівняно з КСД антени напівеліптичної форми. Профілі лінз, обчислені у декількох не- залежних симуляціях із випадковими по- чатковими умовами, наведено на рис. 6. Як видно, отримані профілі відрізняються незначною мірою між собою так само, як і значення КСД для цих оптимізованих лінз (рис. 5). Це пояснюється властивостями генетичного алгоритму, який дозволяє швидко наблизитися до околу глобально- го максимуму функції, незалежно від по- чаткового наближення, але потім демон- струє досить повільну збіжність до мак- симуму, що видно із рис. 5. Усунення цього недоліка є можливим шляхом адаптації параметрів алгоритму в процесі роботи або шляхом поєднання ГА з градієнтни- Рис. 4. Значення цільових функцій індивідів у популяції кожної генерації: а) Е-поляризація; б) Н-поляризація. Жирними лініями виділені популяції кожної десятої генерації. Пунктирна горизонтальна лінія позначає КСД точкового джерела в присутності напівеліптичної лінзи Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих... 315Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3 ми алгоритмами, які гарантують швидку збіжність за умов вдало обраного початко- вого наближення. Розподіл інтенсивності полів усередині та в ближній зоні лінз із напівеліптичним профілем та профілем, отриманим шляхом оптимізації (у подальшому будемо назива- ти таку лінзу оптимізованою), наведено на рис. 7. Видно, що завдяки формі оптимізо- ваної лінзи усі максимуми поля знаходять- ся всередині лінзи, окрім того, що лежить у напрямку випромінювання антени, забез- печуючи таким чином умови для макси- мальної спрямованості випромінювання. Відзначимо, що розмір “горбів” на поверхні лінзи не перевищує половину довжини хвилі у діелектрику, чого досить для адаптації профілю лінзи до сформованого завдяки внутрішнім відображенням розподілу поля. Отже можна передбачити, що оптимізація форми лінзи із будь-якою цільовою функ- цією також призведе до формування кон- туру із хвилястою поверхнею, максималь- ний радіус кривизни якої буде близьким до ( )4 .eλ ε Таким чином, можна сфор- мулювати вимогу до методу аналізу – він повинен бути придатним для коректного розв’язання задачі дифракції на діелектрич- ному розсіювачі з відповідною кривизною контуру поперечного перерізу. Цікаво, що розподіл поля всередині оптимізованої лінзи (рис. 7, б) нагадує так званий резонанс типу шепочучої галереї, добре відомий для кругових резонаторів та їх похідних [22]. Такі резонанси мають високу добротність і тому можуть суттєво впливати на характеристики випроміню- вання. Проведений аналіз не виявив таких паразитних ефектів для рексолітової лінзи, але вони можуть проявитися для лінз, ви- готовлених із більш щільних матеріалів. Рис. 5. Значення цільових функцій найкращих інди- відуумів у популяціях різних генерацій для декіль- кох незалежних симуляцій: а) Е-поляризація; б) Н-поляризація Рис. 6. Профілі рексолітової лінзи ( 2.53,ε = ka 6.28),= отримані шляхом оптимізації: а) Е-поляризація; б) Н-поляризація А. В. Борискін 316 Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3 На рис. 8 наведено залежність КСД точкового джерела у присутності діелек- тричних лінз з еліптичними та оптимізо- ваними профілями. Контур було оптимі- зовано для лінзи із шириною основи 02 .λ Відповідне значення нормованої частоти показано на графіках пунктирною лінією. Видно, що на заданій частоті приріст КСД становить майже 25 % порівняно з КСД для класичної лінзи з еліптичним профілем. Наголосимо, що частотний діапазон, у якому спостерігається підвищення КСД, становить близько 6 % від центральної частоти, що робить цей ефект достатньо широкосмуговим для використання при конструюванні систем мм діапазону (на- приклад, систем зв’язку). З іншого боку, отриманий результат можна трактувати як можливість зменшен- ня геометричних розмірів лінзи, що є дуже важливим для деяких застосувань, наприк- лад, для систем зв’язку, реалізованих на базі висотних аероплатформ [23]. Із граф- іка видно, що оптимізована лінза з шири- ною основи 02λ забезпечує КСД на рівні, що відповідає КСД еліптичної лінзи з ши- Рис. 7. Розподіл поля у ближній зоні напівеліптичної та оптимізованої лінз ( a λ0 = 1.0; 2.53,ε = ka 6.28) := а), б) – Е-поляризація; в), г) – Н-поляризація Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих... 317Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3 риною основи близько 02.7 .λ Таким чи- ном, передбачене зменшення розміру лінзи становить близько 25 %. На рис. 9 можна побачити діаграму спрямованості Е- та Н-поляризованого точкового джерела у присутності діелек- тричних лінз із еліптичними та оптимі- зованими профілями. Видно, що оптимі- зована лінза забезпечує нижчий рівень бокових пелюстків, ніж лінза класичної форми, завдяки чому і досягається підви- щення КСД. Висновки Розроблено ефективний числовий алго- ритм оптимізації форми лінз для інтегрова- них антен, який базується на методі ГІР Мюллера (у поєднанні з методом аналітич- ної регуляризації та дискретизацією за схе- мою Гальоркіна) та ГА оптимізації. У дво- вимірній постановці досліджено модель- ну задачу про покращення робочих харак- теристик ДЛА шляхом оптимізації фор- ми лінзи. Продемонстровано можливість підвищення КСД випромінювача та змен- шення розмірів антени. Аналіз числових результатів щодо характеристик полів у ближній та далеких зонах дозволив сфор- мулювати та обґрунтувати основні фізичні принципи оптимізації компактних діелект- ричних лінз. Рис. 8. Залежність КСД точкового джерела у присутності діелектричних 2.53)(ε = еліп- тичної та оптимізованої лінз від нормованої частоти: а) Е-поляризація; б) Н-поляризація. Значення параметра, що відповідає частоті, на якій було здійснено оптимізацію, відмічено пунктиром Рис. 9. Нормована діаграма спрямованості точ- кового джерела у присутності діелектричних еліптичної( ) та оптимізованої (· · · ·) лінз: а) Е-поляризація; б) Н-поляризація А. В. Борискін 318 Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3 Роботу було виконано за підтримки Фон- ду фундаментальних досліджень: грант пре- зидента України для підтримки наукових досліджень молодих учених (GP/F11/8-2006). Література 1. Filippovic D. F., Gearhart S. S., Rebeiz G. M. Dou- ble slot on extended hemispherical and elliptical sili- con dielectric lenses // IEEE Trans. Microwave Theo- ry Tech. – 1993. – Vol. 41, No. 10. – P. 1738-1749. 2. Fernandes C. A., Fernandes J. G. Shaped dielect- ric lenses for wireless millimeter-wave communi- cations // IEEE Antennas Propag. Magazine. – 1999. – Vol. 41, No. 5. – P. 141-152. 3. Wu X., Eleftheriades G. V., van Deventer-Per- kins T. E. Design and characterization of single- and multiple-beam mm-wave circularly polarized substrate lens antennas for wireless communica- tions // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. – 2001. – Vol. 49, No. 3. – P. 431-441. 4. Godi G., Sauleau R., Thouroude D. Performance of electrically small substrate lens antennas for milli- meter-wave communications // IEEE Trans. Anten- nas Propag. – Vol. 53, No. 4. – 2005. – P. 1278-1286. 5. Martin L., Pierre A., Albo L., Caille G., Piton G., Lopez J.-M. Matériaux diélectriques hautes per- formances pour antennes spatiales à lentille // Journées de Caractérisation Micro-Ondes et Matériaux (JCMM’2002). – Toulouse (France) – 2002. – Р. 214-219. 6. Schoenlinner B., Wu X., Ebling J. P., Eleftheria- des G. V., Rebeiz G. M. Widescan spherical-lens antennas for automotive radars // IEEE Trans. Mi- crowave Theory Tech. – 2002. – Vol. 50, No. 9. – P. 2166-2175. 7. Raman S., Barker N. S., Rebeiz G. M. A W-band dielectric-lens-based integrated monopulse radar receiver // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. – 1998. – Vol. 46, No. 12. – P. 2308-2316. 8. Uehara K., Miyashita K., Natsume K. I., Hatakeyama K., Mizuno K. Lens-coupled imaging arrays for the mm and sub-mm-wave regions // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. – 1992. – Vol. 40, No. 5. – P. 806-811. 9. Rudd J. V., Mittleman D. Influence of substrate-lens design in terahertz time-domain spectroscopy // J. Opt. Soc. Am. B. – 2002. – Vol. 19, No. 2. – P. 319-328. 10. Зелкин Е. Г., Петрова Р. А. Линзовые антен- ны. – М.: Сов. Радио, 1974. – 280 с. 11. Salema C., Fernandes C., Jha R. T. Solid Dielectric Horn Antennas. – Boston: Artech House, 1998. – 241 p. 12. Silveirinha M. G. M. V., Fernandes C. A. Shaped double-shell dielectric lenses for wireless millimeter wave communications. // Proc. IEEE AP-S Int. Symp. Dig. – Salt Lake City (USA) – 2000. – Vol. 3. – P. 1674-1677. 13. Chantraine-Barès B., Sauleau R., Le Coq L., Mahdjoubi K. A new accurate design method for millimeter-wave homogeneous dielectric substrate lens antennas of arbitrary shape // IEEE Trans. Antennas and Propag. – 2005. – Vol. 53, No. 3. – P. 1069-1075. 14. Борискін А. В., Годі Г., Ролланд А., Соло Р., Носич О. Й. Порівняльний аналіз чисельних ал- горитмів на базі ГО/ФО, FDTD та інтегральних рівнянь для аналізу компактних діелектричних лінз для інтегральних антен мм та суб-мм діапа- зону // Радіофізика та електроніка. – Харків: ІРЕ НАН України. – 2007. – №2 (ухвалено до друку). 15. Boriskin A. V., Boriskina S. V., Nosich A. I., Ben- son T. M., Sewell P., Altintas A. Lens or resonator? – electro-magnetic behavior of an extended hemiellip- tical lens for a sub-mm wave receiver // Microwave Opt. Tech. Lett. – 2004. – Vol. 43, No. 6. – P. 515-158. 16. Muller C. Foundations of the mathematical theory of electromagnetic waves. – Berlin: Springer, 1969. – 350 p. 17. Nosich A. I. MAR in wave-scattering and eigen- value problems: foundations and review of solu- tions // IEEE Antennas Propag. Magazine. – 1999. – Vol. 41, No. 3. – P. 34-49. 18. Boriskina S. V., Benson T. M., Sewell P., No- sich A. I. Accurate simulation of 2D optical mi- crocavities with uniquely solvable boundary inte- gral equations and trigonometric-Galerkin discret- ization // J. Opt. Soc. Am. A. – 2004. – Vol. 21, No. 3. – P. 393-402. 19. Haupt R. L. An introduction to genetic algorithms for electromagnetics // IEEE Antennas Propag. Magazine. – Vol. 37, No. 2. – 1995. – P. 7-15. 20. Johnson J. M., Rahmat-Samii Y. Genetic algo- rithms in engineering electromagnetics // IEEE Antennas Propag. Magazine. – Vol. 39, No. 4. – 1997. – P. 7-21. 21. Hoorfar A. Evolutionary Programming in Electro- magnetic Optimization: A Review // IEEE Trans. An- tennas Propag. – 2007. – Vol. 55, No. 3, – P. 523-537. 22. Boriskina S. V., Benson T. M., Sewell P., No- sich A. I. Optical Modes in 2-D Imperfect Square and Triangular Microcavities // IEEE J. Quan- tum Electron. – 2005. – Vol. 41, No. 6. – P. 857-862. 23. Thornton J. A low sidelobe asymmetric beam antenna for high altitude platform communica- tions // IEEE Microwave Wireless Components Lett. – 2004. – Vol. 14, No. 2. – P. 59-61. Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих... 319Радиофизика и радиоастрономия, 2007, т. 12, №3 Процедура и особенности оптимизации профиля компактных диэлектрических линз для интегрированных антенн мм диапазона А. В. Борискин Исследуется возможность повышения коэффициента направленного действия и уменьшения размеров интегрированных линзовых антенн путем оптимизации формы линзы. Задача дифракции решена численно в двумерной постановке с использованием методов граничных интегральных уравнений типа Мюллера в сочетании с методом анали- тической регуляризации и дискретизации по схеме Галеркина. Алгоритм оптимизации построен по принципу генетического алго- ритма. Разработанный алгоритм гарантиру- ет контролируемую точность вычисления полей для любых параметров линзы и быст- рый поиск экстремума целевой функции. Численные результаты приводятся для рек- солитовой линзы, облучаемой Е- и Н-поля- ризованым точечным источником. Procedure and Peculiarities of Profile Optimization of Compact Dielectric Lenses for Integrated mm-Wave Antennas A. V. Boriskin The possibility for increasing the directivi- ty factor and reducing the size of the integrat- ed lens antennas by optimization of a lens shape is studied. The diffraction problem is solved numerically in a two-dimensional for- mulation using the Muller-type boundary in- tegral equations methods together with the Galerkin trigonometric descritization scheme and the method of analytical regularization. The optimization algorithm is constructed using the genetic algorithm principle. The al- gorithm developed guarantees convergence and controlled accuracy for an arbitrary set of lens parameters as well as fast search for the cost function global extremum. The numerical re- sults are shown for a rexolite lens fed by an Е- and Н-polarized point sources.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-8372
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1027-9636
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-02T09:40:53Z
publishDate	2007
publisher	Радіоастрономічний інститут НАН України
record_format	dspace
spelling	Борискін, А.В. 2010-05-25T09:32:50Z 2010-05-25T09:32:50Z 2007 Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих антен мм діапазону / А.В. Борискін // Радиофизика и радиоастрономия. — 2007. — Т. 12, № 3. — С. 311-319. — Бібліогр.: 23 назв. — укp. 1027-9636 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8372 621.396.677.73 Досліджується можливість підвищення коефіцієнта спрямованої дії та зменшення розмірів інтегрованих лінзових антен шляхом оптимізації форми лінзи. Задача дифракції розв’язана чисельно у двовимірному формулюванні з використанням методів граничних інтегральних рівнянь типу Мюллера у поєднанні з методом аналітичної регуляризації та дискретизацією за схемою Гальоркіна. Алгоритм оптимізації побудовано за принципом генетичного алгоритму. Розроблений алгоритм гарантує контрольовану точність обчислення полів для будь-яких параметрів лінзи та швидкий пошук екстремуму цільової функції. Числові результати наведено для рексолітової лінзи, яка опромінюється Е- та Н-поляризованим точковим джерелом. Исследуется возможность повышения коэффициента направленного действия и уменьшения размеров интегрированных линзовых антенн путем оптимизации формы линзы. Задача дифракции решена численно в двумерной постановке с использованием методов граничных интегральных уравнений типа Мюллера в сочетании с методом аналитической регуляризации и дискретизации по схеме Галеркина. Алгоритм оптимизации построен по принципу генетического алгоритма. Разработанный алгоритм гарантирует контролируемую точность вычисления полей для любых параметров линзы и быстрый поиск экстремума целевой функции. Численные результаты приводятся для рексолитовой линзы, облучаемой Е- и Н-поляризованым точечным источником. The possibility for increasing the directivity factor and reducing the size of the integrated lens antennas by optimization of a lens shape is studied. The diffraction problem is solved numerically in a two-dimensional formulation using the Muller-type boundary integral equations methods together with the Galerkin trigonometric descritization scheme and the method of analytical regularization. The optimization algorithm is constructed using the genetic algorithm principle. The algorithm developed guarantees convergence and controlled accuracy for an arbitrary set of lens parameters as well as fast search for the cost function global extremum. The numerical results are shown for a rexolite lens fed by an Е- and Н-polarized point sources. Роботу було виконано за підтримки Фонду фундаментальних досліджень: грант президента України для підтримки наукових досліджень молодих учених (GP/F11/8-2006). uk Радіоастрономічний інститут НАН України Антенны, волноводная и квазиоптическая техника Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих антен мм діапазону Процедура и особенности оптимизации профиля компактных диэлектрических линз для интегрированных антенн мм диапазона Procedure and Peculiarities of Profile Optimization of Compact Dielectric Lenses for Integrated mm-Wave Antennas Article published earlier
spellingShingle	Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих антен мм діапазону Борискін, А.В. Антенны, волноводная и квазиоптическая техника
title	Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих антен мм діапазону
title_alt	Процедура и особенности оптимизации профиля компактных диэлектрических линз для интегрированных антенн мм диапазона Procedure and Peculiarities of Profile Optimization of Compact Dielectric Lenses for Integrated mm-Wave Antennas
title_full	Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих антен мм діапазону
title_fullStr	Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих антен мм діапазону
title_full_unstemmed	Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих антен мм діапазону
title_short	Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих антен мм діапазону
title_sort	процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих антен мм діапазону
topic	Антенны, волноводная и квазиоптическая техника
topic_facet	Антенны, волноводная и квазиоптическая техника
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8372
work_keys_str_mv	AT boriskínav procedurataosoblivostíoptimízacííprofílûkompaktnihdíelektričnihlínzdlâíntegrovanihantenmmdíapazonu AT boriskínav proceduraiosobennostioptimizaciiprofilâkompaktnyhdiélektričeskihlinzdlâintegrirovannyhantennmmdiapazona AT boriskínav procedureandpeculiaritiesofprofileoptimizationofcompactdielectriclensesforintegratedmmwaveantennas

Процедура та особливості оптимізації профілю компактних діелектричних лінз для інтегрованих антен мм діапазону

Репозитарії

Схожі ресурси