基于二进制差分进化算法的MIMO 雷达阵列优化

针对智能优化算法在MIMO雷达稀疏阵列优化中具有条件约束和局部收敛等问题,本文提出一种参数自适应的二进制差分进化(Adaptive Binary Differential Evolution,ABDE)算法。首先,提出一种规范化的编码方式,解决阵元数和孔径约束问题。通过依次添加、去除阵元,并判断操作对目标函数值的影响来决定阵元位置。其次,改进差分进化算法。借鉴和声搜索(Harmony Search,HS)算法,引入随机扰动,从而增加种群的多样性。通过定义一种二进制差分变异方式BDE/best/1,使父代信息尽量多地传递给子代。然后,提出参数自适应调整策略。利用logistic函数,构造S型的种群进化曲线。最后,MIMO雷达阵列优化设计实验验证了算法的有效性。     

改进蝴蝶算法求解多维复杂函数优化问题

针对蝴蝶优化算法存在的问题,提出一种融合差分变异策略并根据进化代数自适应调整权重的蝴蝶优化算法.首先,在全局搜索阶段引入非线性惯性权重改善蝴蝶位置更新公式,自适应调节算法在不同进化时期的搜索范围和粒度,提高算法的收敛速度与寻优精度;然后通过加入F分布全局自适应随机变异对全局公式进一步改进,提升算法的全局探索遍历性,防止出现低精度早熟现象;最后在局部搜索阶段融入具有判定系数和扰动因子的双向差分变异策略,在不减损种群多样性的同时使蝴蝶个体的探索更具方向性,有利于算法摆脱局部极值点,加快收敛速度.理论分析证明了改进算法的时间复杂度与基本蝴蝶优化算法一致,6种代表性对比算法在CEC 2017基准函数上进行的多种维度测试结果表明,改进算法在求解高维复杂函数优化问题时收敛速度和寻优精度明显优于其它对比算法,维度变化对求解性能的影响更小,寻优性能更好更稳定.     

混沌差分进化粒子群协同优化算法

为有效地改善差分进化粒子群算法的性能,结合反向学习策略和信息交互机制,提出了一种新的混沌差分粒子群协同优化算法.该算法采用反向学习策略产生初始种群,使得初始个体尽可能均匀分布,然后将初始种群随机等分为双种群,对双种群分别采用改进的混沌差分进化算法和混沌粒子群优化算法进行协同寻优,并在双种群中引入信息交互学习机制,在维持种群多样性的同时加快收敛速度.通过对四个复杂高维的标准函数寻优测试,仿真结果表明,该算法能有效避免早熟收敛,收敛速度快,寻优精度较高,具有良好的全局搜索能力,鲁棒性好.     

带局部搜索的动态多群体自适应差分进化算法及函数优化

 提出将一种改进的差分进化算法——带局部搜索的动态多群体自适应差分进化算法(DMSDELS)应用于函数优化.该算法将种群中的个体随机动态分成多个子群体,以增强个体间的信息交换;变异操作中,选择最优个体为基向量,差分向量的方向选择有利于搜索的方向,以提高收敛速度;变异尺度因子F与交叉概率CR采用自适应机制,以平衡局部搜索与全局搜索;部分优秀个体搜索达到指定代数进入局部搜索,以加快收敛.通过对13个benchmark典型复杂函数进行测试,并与其他七种优化算法进行比较,仿真结果表明:DMSDELS算法具有较高的搜索精度和收敛性,且具有较强的跳出局部最优解能力.     

一种求解约束优化问题的自适应差分进化算法

自适应算子选择方式已被用于差分进化算法求解全局优化问题及多目标优化问题,然而在求解约束优化时难于为自适应算子选择方式找到一种方式来恰当分配信用。为此,本文提出了一种基于混合种群的自适应适应值方式来对约束优化问题中变异策略进行信用分配并采用概率匹配方法自适应选择差分变异策略,同时对算法变异缩放因子与交叉率进行自适应设置提高算法的成功率。实验结果表明算法在求解约束优化问题相比于CODEA／OED, ATMES,εBBO-dm,COMDE 以及εDE算法有较高的收敛精度及收敛速度,同时验证了自适应方式的有效性。该算法可用于预报、质量控制、会计过程等科学和工程应用领域。     

基于Lévy飞行的自适应差分进化算法

针对目前差分进化算法存在全局搜索与局部寻优的矛盾、搜索停滞、收敛速度慢的问题,提出一种改进算法:基于Lévy飞行的自适应差分进化算法。该算法鉴于Lévy飞行步长符合重尾分布的特点,在变异过程中结合差分进化算法的基本变异和Lévy飞行变异两种模式,并通过引入自适应缩放因子和交叉概率算子,改善种群在交叉与变异过程中的不足。通过理论分析与Benchmark函数的数值验证,并与其他6种算法进行比较。结果表明,所提新算法能够在全局搜索与局部寻优之间进行较好的平衡,而且收敛速度更快,种群多样性得到了很好的保存,一定程度上避免了搜索停滞的出现。     

基于改进种群多样度的差分进化算法

针对差分进化算法进化后期易出现早熟收敛而陷入局部最优的缺陷,提出了一种基于改进种群多样度的差分进化算法。对进化算法种群多样度进行了研究,经过数学推导,证明了种群多样度与算法全局寻优性能的关系,提出了一种随机变异策略,更好地保持了寻优过程中种群的多样性,增强算法的全局搜索能力。典型测试函数实验表明,改进后的差分进化算法相对于标准差分进化算法具有更好的种群多样性和抑制早熟收敛的能力。     

基于动态参数差分进化算法的多约束稀布矩形面阵优化

针对多约束条件下稀布矩形平面阵列天线的优化问题,该文提出一种基于动态参数差分进化(DPDE)算法的方向图综合方法。首先,对差分进化(DE)算法中的缩放因子和交叉概率引入动态变化控制策略,提高搜索效率和搜索精度。其次,改进矩阵映射方法,重新定义映射法则,改善现有方法随机性强和搜索精度低的不足。最后,为检验所提方法的有效性进行仿真实验,实验数据表明,该方法可以提高天线优化性能,有效降低天线的峰值旁瓣电平。     

基于约束差分进化的阵列置零

阵列置零的同时,阵列的旁瓣电平升高、主瓣增益降低甚至阵列指向都会发生改变,导致阵列性能降低。针对阵列置零时阵列性能降低问题,提出一种约束优化模型。在约束优化模型中不仅设置了零陷深度约束和近旁瓣电平约束,还设置了阵列期望方向增益约束及阵列指向约束。在满足约束条件下,使得阵列旁瓣电平最低。并且针对标准约束差分进化算法收敛慢,采用自适应约束差分进化(e-SADE)算法,该算法采用多种变异方式相结合、自适应地调节交叉概率和缩放因子。运用自适应约束差分进化分别通过调节阵元相位和阵列功率一定时的阵元权值求解这个约束优化问题,仿真结果表明提出的方法实现了需求的目标方向图,利用自适应约束差分进化算法优化实现阵列置零是有效可行的。     

基于插值算子自适应混合差分进化算法的八木天线优化设计

本文采用插值算子自适应混合差分进化算法对六元八木天线进行优化设计。首先介绍了插值算子自适应混合差分进化算法的原理和实现流程,然后采用该算法优化设计了六元八木天线的增益,以振子的长度和振子的间距为优化变量,获得优于其它算法的结果。考虑工程实际的匹配阻抗问题,同时优化八木天线的增益和阻抗,同样获得了较优的结果。结果表明该方法可有效应用于八木天线的工程设计当中,为该类天线设计提供了新的设计方法。     

一种具有加减信道的低旁瓣微带天线阵

本文设计了一种新颖的具有加减信道的低旁瓣微带天线阵.在研究低旁瓣角馈方形微带贴片天线的基础上,设计了一个3dB定向耦合器作为馈电部分,从不同的输入端口输入信号,分别实现方向图加减的功能.这种天线能够同时获得其视野内所有障碍物的范围和角度信息,不需要使用扫描天线或转换天线.使用ANSOFT公司的Serenade和Ensemble两种软件进行了设计、仿真和优化.实验结果与仿真基本一致,可见,这种天线完全可以满足设计要求.     

A broadband helical saline water liquid antenna for wearable systems

A broadband helical liquid antenna made of saline water is proposed. A transparent hollow support is employed to fabricate the antenna. The rotation structure is fabricated with a thin flexible tube. The saline water with a concentration of 3.5% can be injected into or be extracted out from the tube to change the quantity of the solution. Thus, the tunability of the radiation pattern could be realised by applying the fluidity of the liquid. The radiation feature of the liquid antenna is compared with that of a metal one, and fairly good agreement has been achieved. Furthermore, three statements of the radiation performance corresponding to the ratio of the diameter to the wavelength of the helical saline water antenna have been proposed. It has been found that the resonance frequency increases when the length of the feeding probe or the radius of the vertical part of the liquid decreases. The fractional bandwidth can reach over 20% with a total height of 185 mm at 1.80 GHz. The measured results indicate reasonable approximation to the simulated. The characteristics of the liquid antenna make it a good candidate for various wireless applications, especially the wearable systems.     

双频宽带双极化定向电磁偶极子天线设计

设计了一款双频带宽带双极化定向电磁偶极子天线。首先,采用最基本的电磁偶极子天线模型,通过对偶极子天线的形状进行调整以及增加Г形寄生枝节实现了双频段单极化定向电磁偶极子天线。其次,将两个单极化电磁偶极子天线十字交叉放置。最后,通过两个高度不同的Г形探针分别对两个天线进行耦合馈电,实现双频宽带双极化定向辐射特性。根据仿真结果,对天线模型进行了加工和测试。仿真和实测结果表明：天线在低频段0.8~0.96 GHz和高频段1.7~2.7 GHz内反射系数的模值均小于-10 dB,所对应端口隔离度分别大于20 dB和25 dB,天线的测试峰值增益在低频和高频段分别为5.5 dBi和8.2 dBi。该天线可应用在无线通讯系统中。     

智能天线的新军——自组构天线

自组构天线凭借其能够根据所处的电磁环境来改变自身的电形状这一特性, 已成为当今智能天线研究领域的一大热点.文中介绍了自组构天线的概念模型, 详细分析了三种常用的自组构天线的工作原理, 对未来自组构天线的应用和发展方向进行了具体的讨论.     

一种小型宽带双极化5G基站天线

设计了一种适用于2G/3G/4G/5G移动通信的小型宽带±45°双极化基站天线。该天线由2对偶极子辐射片、2条微带馈线和1块反射板组成,辐射臂和微带馈线采用双面印刷工艺印刷在0.8 mm厚的FR4板,并固定放置于开有圆形槽的反射板上。对天线实物进行加工测试,测试结果表明,端口1工作频段为1.82~3.60 GHz,端口2工作频段为1.64~3.41 GHz;工作频段内,反射系数小于-10 dB,端口隔离度优于18 dB;交叉极化比在视轴方向大于17 dB,±60°方向大于15 dB;半功率波束65°左右,前后比优于18 dB,测试和仿真结果较吻合。所设计天线带宽宽,尺寸小,且制作工艺简单,成本低廉,适合批量生产,应用于5G移动通信基站中。     

面向车载鲨鱼鳍的宽频MIMO天线设计

为了解决车载通信天线工作频带窄、尺寸大等缺点,文中提出了一款应用于车载鲨鱼鳍外壳的新型小型化、宽带MIMO天线。为了实现天线的宽带特性,充分利用了印制单极子天线易于引入多谐振的特点,首先通过合理的尺寸设计,将单极子天线谐振频率设计至工作频段中;然后,使用缝隙加载技术,增加天线谐振模式数量并改善天线阻抗匹配特性,拓宽了天线带宽并实现了天线的小型化。为了验证天线实际性能,将天线安装于鲨鱼鳍外壳中进行了测试。结果表明,该天线可以覆盖824～5 000 MHz的频段范围,驻波比均小于3,增益最低1.9 d Bi、最高6.2 d B,效率均高于49.5%、最高达89.2%。该天线可满足车载通信系统对天线的宽带化和小型化要求。     

一种共面波导馈电的缝隙型超宽带天线

针对超宽带通信系统,提出一种小型超宽带天线,可以应用于终端设备。天线类型为共面波导馈电的缝隙型,缝隙结构为一矩形与一圆形组合而成,馈电结构与缝隙结构相似。天线的面积为22 mm×27 mm,印刷在厚度为0. 5 mm的FR4衬底上. 通过软件仿真分析了天线的工作原理以及尺寸对带宽的影响,仿真结果显示天线的带宽在不同的衬底厚度下均能覆盖UWB频段。天线的测试带宽为2.4 GHz~14.4 GHz,在超宽带的工作频段内测试效率超过76% ,测试增益大于2.1 dBi。     

一种集总元件加载的宽带小型化多臂折叠天线

设计了一种小型化超低轮廓多臂折叠天线,通过在天线臂之间引入集总元件加裁并使用一个简单的高通匹配网络,实现了30～115 MHz频带内驻波比<3的宽带特性,天线高度仅0.4,m,为其最大波长的4%.仿真结果表明:此天线频率低端辐射效率达13%,高端辐射效率达60%.通过与单极子天线的增益对比,验证了仿真结果可靠性.     

一种低方向性的球形共形全向天线阵列设计

传统的球形共形天线阵列馈电网络复杂,每个天线单元需要单独馈电和控制相位,导致天线阵列效 率较低。文中提出了一种采用口径耦合馈电的单馈球面共形全向天线阵。为球形天线阵列设计了一个1 分30 的馈 电网络且直接集成在了阵列内部。这样可以通过一个端口给所有的天线单元馈电,从而降低了馈电的复杂度,提高 了天线效率。阵列的方向图在x-y 平面上是全向的。x-y 平面的增益变化小于1 dB,x-z 平面的半功率波瓣宽度约为 120°,实现了比传统全向更大的空间覆盖范围。天线的方向图最大增益为1 dBi。     

Reconfigurable Microstrip Patch Antenna with Switchable Polarization

A novel reconfigurable microstrip patch antenna with frequency and polarization diversities is proposed. A U‐slot is incorporated into a square patch, and a PIN diode is utilized to switch the slot on and off, which realizes the frequency diversity characteristic. The polarization diversities among linear polarization (LP), right‐hand circular polarization (RHCP), and left‐hand circular polarization (LHCP) are also obtained by switching three PIN diodes on the slot and the truncating corners of a square patch on and off. The antenna design and experimental results are presented.