Статья

Название статьи ОПТИМИЗАЦИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНЫХ ЭКРАНОВ
Автор В.А. Обуховец, А.В. Барна
Рубрика РАЗДЕЛ II. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И УСТРОЙСТВ
Месяц, год 11, 2015
Индекс УДК 621.396.67
DOI
Аннотация Целью работы является разработка методики синтеза частотно-селективных экранов по заданным требованиям к форме частной характеристики. В качестве синтезируемых параметров использованы геометрические размеры, определяющие форму элементов периодической решетки экрана. Отмечается, что успех, качество и скорость решения задачи синтеза (оптимизации параметров экранов) в существенной степени определяются заданием начального приближения. Для правильного выбора начального приближения выполнен значительный объем предварительных вычислительных экспериментов, позволивших предложить наиболее удобную конфигурацию ячейки Флоке экрана и определить «чувствительные» геометрические параметры экрана, перебор значений которых реализуется в процессе оптимизации. Показано, что оптимизацию частотных характеристик экранов более целесообразно выполнять методом интерполяционного синтеза с последующим применением одной из известных процедур оптимизации. На ряде примеров продемонстрировано, что для практических применений достаточно задавать значения частотной характеристики в нескольких контролируемых точках. Обсуждаются проблемы конструирования целевой функции задачи оптимизации и система ограничений на искомое решение. Предлагается ряд параметров, в частности значения диэлектрической проницаемости и толщины слоев, зафиксировать, а регулировке подвергнуть характерные геометрические размеры, определяющие конфигурацию элемента периодической решетки экрана. Представлены результаты синтеза нескольких типов частотно-селективных экранов, каждый из которых представляет собой трехслойную систему из периодических решеток квадратных полосковых элементов с прямоугольными и (или) крестообразными вырезами. Приведены начальные значения искомых параметров и соответствующие им частотные характеристики. Минимизация целевой функции задачи выполнена методом генетических алгоритмов. Результаты оптимизации представлены в виде набора параметров экрана и синтезированной частотной характеристики. Проведена экспериментальная проверка макета частотно-селективного экрана, построенного по результатам решения теоретической задачи. Представлено сравнение результатов расчетов и экспериментов.

Скачать в PDF

Ключевые слова Частотно-селективный; синтез; оптимизация; периодическая решетка; микрополосковый элемент; целевая функция.
Библиографический список 1. Кравченко В.Ф., Сиренко Ю.К., Сиренко К.Ю. Преобразование и излучение электромагнитных волн открытыми резонансными структурами. – М.: Физматлит, 2011. – 317 с.
2. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Частотно-избирательные поверхности. Основные области применения // Антенны. – 2005. – № 9. – С. 4-12.
3. Mittra Raj, Pelletti Chiara. Challenges in designing frequency selective surfaces to yield wide-angle response over a wide frequency band // Progress In Electromagnetics Research Symposium Abstracts, Guangzhou, China. – 2014. – P. 1230.
4. Rubin B.J. Scattering from a periodic array of apertures or plates where conductors have arbitrary shape, thickness, and resistivity // IEEE Transaction on Antennas and Propagation. – 1986. – Vol. 34, No. 11.
5. Ranga Yogesh, Matekovits Ladislau, Weily Andrew R., Karu P. A constant gain ultra-wideband antenna with a multi-layer frequency selective Surface // Progress In Electromagnetics Research Letters. – 2013. – Vol. 38. – P. 119-125.
6. Behdad Nader, Al-Joumayly Mudar, Salehi Mohsen. A low-profile third-order bandpass frequency selective surface // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2009. – Vol. 57, No. 2. – P. 460-466.
7. Ranga Yogesh, Matekovits StuLadislau, Karu P. Esselle, Weily Andrew R. Multioctave frequency selective surface reflector for ultrawideband antennas // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. – 2011. – Vol. 10. – P. 219-222.
8. Baisakhiya Sanjay, Sivasamy Ramprabhu, Kanagasabai Malathi, Periaswamy Malathi. Novel compact UWB frequency selective surface for angular and polarization independent operation // Progress in Electromagnetics Research Letters. – 2013. – Vol. 40. – P. 71-79.
9. Li Yuqing, Pei Zhiping, Qu Shaobo, Xu Zhuo, Wang Jiafu, Zhou Hang, Gu Chao, Yu Fei. The design of a broad band third-order frequency-selective surfaces // PIERS Proceedings, Suzhou, China, September 12. – 2011. – P. 476-479.
10. Zhou H., Qu S.-B., Wang J.-F., Lin B.-Q., Ma H., Xu Z., Bai P., Peng W.-D. Ultra-wideband frequency selective surface // Electronics Letters. – 2012. – Vol. 48, No. 1. – P. 37-44.
11. Zhang J. C., Yin Y. Z., Ma J. P. Frequency selective surfaces with fractal four legged elements // Progress In Electromagnetics Research Letters. – 2009. – Vol. 8. – P. 1-8.
12. Rubin B. J. General solution for propagation, radiation and scattering in arbitrary 3D inhomogeneous structures // IEEE Transaction on Antennas and Propagation. – 1992. – Vol. 34, No. 1.
13. Касьянов А.О., Обуховец В.А. Разработка микрополосковых отражательных антенных решеток для фокусировки и поляризационной фильтрации на СВЧ // Успехи современной радиоэлектроники. – 2006. – № 4. – С. 27-33.
14. Sercu Jeannick, Fache Niels, Libbercht Franck, De Zutter Daniel. Full wave space-domain of open microstrip discontinuities including the singular–current–edge behavior // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. – 1993. – Vol. 41, No. 9.
15. Загоровский В.И., Касьянов А.О., Обуховец В.А. Электродинамический анализ многослойных микрополосковых отражательных антенных решеток // Антенны. – 2002. – Вып. 4 (59). – С. 4-11.
16. Espelid T.O., Overholt K.J. An algorithm for automatic integration of infinite oscillating tails // Num. Algorithms. – 1994. – Vol. 8. – P. 83-101.
17. Бахрах Л.Д. и др. Синтез излучающих систем. – М.: Сов. радио. – 1974. – 230 с.
18. Hasegawa T., Tori T. An automatic integration of oscillatory functions by the Chebyshev series expansion // J. Computer Appl. Math. – 1987. – Vol. 17. – P. 21-29.
19. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование: Пер. с англ. / под ред. М.Л. Быховского. – М.: Мир, 1975. – 534 c.
20. Johnson J. Michael, Rahmat-Samii Yahya. Genetic algorithms in engineering electromagnetics // IEEE Antennas and Propagation Magazine. – 1997. – Vol. 39, No. 4. – P. 7-21.
21. Банков С.Е., Гутцайт Э.М., Курушин А.А. Решение оптических и СВЧ задач с помощью HFSS. – М.: Оркада, 2012. – 240 с.
22. Обуховец В.А. Расчет полей фазированных антенных решеток с многослойным укрытием // Антенны. – 2015. – № 8. – С. 20-25.

Comments are closed.