تحلیل آنتن پچ ریزنواری و افزایش پهنای باند آن با استفاده از شبکه‌های عصبی و الگوریتم ژنتیک

کد محصول BR85

تعداد صفحات: ۱۰۵ صفحه فایل WORD

قیمت: ۲۰۰۰۰ تومان

دانلود فایل بلافاصله بعد از خرید

چکیده
امروزه آنتن‌های ریزنواری به خاطر مزایای بی‌شماری همچون اندازه و حجم کم، هزینه‌ی ساخت پایین، قابلیت مجتمع سازی با مدارات مایکروویوی، طراحی آسان و غیره کاربرد فراوانی در تمام حوزه‌های مخابرات بی‌سیم یافته‌اند. اما این آنتن‌ها معمولاً پهنای باند امپدانسی کمی دارند (حدود ۱ تا ۳ درصد) و از زمان پیدایش آنها (دهه‌ی ۱۹۷۰ میلادی) تلاش‌های زیادی جهت رفع این نقیصه انجام و روش‌های متعددی پیشنهاد شده است.
جهت افزایش پهنای باند آنتن‌های ریزنواری عموماً از یکی از روش‌های مطالعه‌ی پارامتری یا بهینه‌سازی استفاده می‌شود که روش اول مبتنی بر سعی و خطا، و روش دوم به علت دشواری ارزیابی تابع هدف، پیچیده و زمان‌بر است.
در این پروژه ابتدا با استفاده از قابلیت شبکه‌های عصبی-فازی در تقریب توابع غیرخطی پیچیده، مشخصات یک آنتن تک‌قطبی مسطح با پچ دایره‌ای (شامل تلفات بازگشتی، امپدانس ورودی و الگوی تشعشعی)، به صورت تابعی از پارامترهای آن تخمین زده می‌شود. پس از آن در فرایند بهینه‌سازی با تعریف یک تابع هدف مناسب و بهینه‌سازی آن با الگوریتم ژنتیک مقادیر پارامترهای بهینه‌ی تک‌قطبی‌های مسطح با پچ دایره‌ای، بیضوی و مستطیلی جهت بیشینه نمودن پهنای باند آنها به‌دست می‌آید. مقایسه‌ی مقادیر به دست آمده با این روش و مقادیر متناظر حاصل از تحلیل پارامتری یا بهینه‌سازی‌های متداول در مطالعات پیشین حاکی از دقت روش پیشنهادی است. همچنین این روش در مقایسه با روش تجزیه و تحلیل پارامتری سیستماتیک‌تر و در مقایسه با روش‌های بهینه‌سازی متداول سریع‌تر است.
فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه  ۱
فصل دوم: شبکه‌های عصبی-فازی و الگوریتم‌های ژنتیک ۹
۲-۱- مقدمه  ۱۰
۲-۲- نرون‌های فازی  ۱۳
۲-۳- سیستم‌های استنتاج فازی مبتنی بر شبکه‌های وفقی (ANFIS) 14
۲-۳-۱- مثالی از عملکرد یک ANFIS 16
۲-۴- الگوریتم‌های ژنتیک (GAs) 19
۲-۴-۱- کلیات  ۱۹
۲-۴-۲- کاربردهای الگوریتم‌های ژنتیک ۲۰
۲-۴-۳- واژگان فنی GA 20
۲-۴-۴- عملگرهای ژنتیک  ۲۲
۲-۴-۵- مثالی از عملکرد الگوریتم ژنتیک ۲۵
فصل سوم: چگونگی استفاده از ANFIS در تقریب مشخصات آنتن‌های ریزنواری و به کارگیری الگوریتم ژنتیک جهت بهینه‌سازی پارامترهای آن ۳۱
۳-۱- مقدمه  ۳۲
۳-۲- به‌کارگیری شبکه‌های عصبی (یا عصبی-فازی) جهت تقریب مشخصات آنتن‌های ریزنواری .. ۳۲
۳-۳- روش‌های مختلف بهینه‌سازی آنتن‌های ریزنواری ۳۴
۳-۳-۱- مثال‌هایی از استخراج تابع هدف به کمک تحلیل عددی ۳۴
۳-۳-۲- مثال‌هایی از روش شبیه‌سازی توأم ۴۰
فصل چهارم: روشی سیستماتیک در طراحی و بهینه‌سازی آنتن‌های ریزنواری فراپهن‌باند با استفاده از شبکه‌های عصبی-فازی و الگوریتم ژنتیک ۴۹
۴-۱- مقدمه  ۵۰
۴-۲- استخراج مشخصات یک آنتن ریزنواری فراپهن‌باند با پچ دایره‌ای به کمک شبکه‌های عصبی-فازی  ۵۰
۴-۳- بهینه‌سازی پهنای باند آنتن ریزنواری با پچ دایره‌ای به کمک الگوریتم ژنتیک ۶۱
۴-۴- بهینه‌سازی پهنای باند آنتن ریزنواری با پچ بیضوی به کمک الگوریتم ژنتیک ۶۶
۴-۵- بهینه‌سازی پهنای باند آنتن ریزنواری با پچ مستطیلی به کمک الگوریتم ژنتیک ۷۱
فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادها ۸۱
۵-۱- نتیجه‌گیری  ۸۲
۵-۲- پیشنهادها  ۸۵
۵-۲-۱- استفاده از روش پیشنهادی جهت بهینه‌سازی دیگر مشخصات آنتن‌های ریزنواری ۸۵
۵-۲-۲- تقریب و بهینه‌سازی توأم دو یا چند مشخصه با روش پیشنهادی و تعریف تابع هدف ترکیبی  ۸۶
۵-۲-۳- تقریب مشخصات آنتن به کمک شبکه‌های عصبی پویا ۸۸
۵-۲-۴- تقریب مشخصات با در نظر گرفتن ثابت دی‌الکتریک و ضخامت زیرلایه به عنوان پارامترهای ورودی و سپس ثابت نگه داشتن آنها در طول فرایند بهینه‌سازی ۸۹
۵-۲-۵- ایجاد تنوع در داده‌های آموزشی با در نظر گرفتن پارامترهای بیشتر و تحلیل آنتن به‌ازای این پارامترها در محدوده‌های فرکانسی کوچکتر ۸۹
۵-۲-۶- بهینه‌سازی تابع هدف تقریبی با الگوریتم‌های دیگر ۹۰
فهرست شکل‌ها
شکل(۱-۱): نمایی از یک آنتن ریزنواری[۱]. ۲
شکل (۲-۱): مدل اول سیستم‌های عصبی-فازی[۱۹]. ۱۱
شکل (۲-۲): مدل دوم سیستم‌های عصبی-فازی[۱۹]. ۱۲
شکل (۲-۳): نمایی از یک شبکه‌ی ANFIS در حالت کلی [۲۰]. ۱۵
شکل (۲-۴): نمونه‌ای از معماری یک ANFIS [12]. 16
شکل (۲-۵): تصویر یک کروموزوم به همراه ژن‌هایش[۲۱]. ۲۲
شکل (۲-۶): انتخاب [۲۱].  ۲۳
شکل (۲-۷): نمونهای از تزویج یک نقطهای [۲۱]. ۲۴
شکل (۲-۸): نمونه‌هایی از جهش [۲۱]. ۲۴
شکل (۲-۹): چرخه‌ی Roulette برای این مثال [۲۱]. ۲۷
شکل (۲-۱۰): والدین [۲۱].  ۲۸
شکل (۲-۱۱): فرزندان [۲۱].  ۲۸
شکل (۳-۱): ساختار آنتن بهینه شده در [۲۷]. ۳۶
شکل (۳-۲): ساختار و دستگاه مختصات آنتن ریزنواری حلقوی [۲۸]. ۳۷
شکل (۳-۳): نمایی از یک آنتن ریزنواری پوشیده شده با دی‌الکتریک محافظ [۵]. ۳۸
شکل (۳-۴): نمایی از یک آنتن شکاف‌دار [۶]. ۴۰
شکل (۳-۵): ساختار آنتن پیشنهادی در [۳۰]. ۴۱
شکل (۳-۶): یک سیستم موجبری متشکل از سه موجبر مستطیلی با بخش میانی متغیر [۳۱]. ۴۳
شکل (۳-۷): منحنی S11 سیستم موجبری شکل (۳-۶) با و بدون بخش میانی [۳۱]. ۴۴
شکل (۳-۸): ساختار آنتن بهینه شده در [۳۱]. ۴۵
شکل (۳-۹): تلفات بازگشتی آنتن نشان داده شده در شکل (۳-۸) در شرایط طراحی بهینه [۳۱].  ۴۵
شکل (۳-۱۰): ساختار یک آنتن ریزنواری فراپهن‌باند با تغذیه‌ی موجبر هم‌سطح و شکاف مستطیلی [۳۲].  ۴۶
شکل (۳-۱۱): مقایسه تلفات بازگشتی آنتن اولیه با آنتن بهینه [۳۲]. ۴۷
شکل (۴-۱): ساختار یک تک‌قطبی مسطح با پچ دایره‌ای از دو نما [۳۳]. ۵۱
شکل(۴-۲): نمونه‌ای از آنتن‌های تحلیل شده با HFSS. 53
شکل (۴-۳): مقایسه‌ی تلفات بازگشتی تقریبی با مقادیر متناظر حاصل از شبیه‌سازی با HFSS (الف) به ازای پارامترهای ردیف ۱t (ب) به ازای پارامترهای ردیف ۲t از جدول (۴-۳). ۵۷
شکل (۴-۴): مقایسه‌ی امپدانس ورودی تقریبی با مقادیر متناظر حاصل از شبیه‌سازی با HFSS (الف) مقدار حقیقی امپدانس به ازای پارامترهای ردیف ۳t از جدول (۴-۳) (ب) مقدار موهومی امپدانس به ازای پارامترهای ردیف ۴t از جدول (۴-۳). ۵۸
شکل (۴-۵): مقایسه‌ی الگوی تشعشعی تقریبی با مقادیر متناظر حاصل از شبیه‌سازی با HFSS به ازای پارامترهای ردیف ۵t از جدول (۴-۳). ۵۹
شکل (۴-۶): مقایسه‌ی مقدار دقیق و تقریبی تابع هدف برای پارامترهای ردیف ۱t از جدول (۴-۳). ۶۰
شکل (۴-۷): مقایسه‌ی تلفات بازگشتی آنتن بهینه شده با روش پیشنهادی و مقادیر متناظر گزارش شده در [۳۳].  ۶۴
شکل (۴-۸): منحنی امپدانس ورودی آنتن مذبور (منحنی آبی بخش حقیقی و منحنی قرمز بخش موهومی).  ۶۴
شکل (۴-۹): الگوی تشعشعی در فرکانس (الف) ۳ GHz (ب) ۶.۶ GHz (ج) ۹ GHz. 66
شکل (۴-۱۰): ساختار یک تک‌قطبی مسطح با پچ بیضوی از دو نما [۲۹]. ۶۷
شکل(۴-۱۱): نمونه‌ای از آنتن تک‌قطبی بیضوی تحلیل شده با HFSS. 68
شکل (۴-۱۲): مقایسه‌ی مقدار دقیق و تقریبی تابع هدف برای پارامترهای ردیف ۱t از جدول (۴-۸).  ۷۰
شکل (۴-۱۳): مقایسه تلفات بازگشتی آنتن بهینه شده با روش پیشنهادی و آنتن معرفی شده در [۲۹].  ۷۱
شکل (۴-۱۴): نمایی از آنتن تک‌قطبی مسطح با پچ مستطیلی [۳۴]. ۷۲
شکل‌ (۴-۱۵): حساسیت پهنای‌باند به عرض پچ [۳۴]. ۷۳
شکل‌ (۴-۱۶): حساسیت پهنای‌باند به عرض خط تغذیه [۳۴]. ۷۳
شکل‌ (۴-۱۷): حساسیت پهنای‌باند به فاصله‌ی پچ تا سطح زمین [۳۴]. ۷۳
شکل (۴-۱۸): مقایسه‌ی مقدار دقیق و تقریبی تابع هدف برای پارامترهای ردیف ۱t از جدول (۴-۱۳).  ۷۷
شکل(۴-۱۹): نمونه‌ای از تک‌قطبی مسطح با پچ مستطیلی تحلیل شده با HFSS. 77
شکل (۴-۲۰): مقایسه‌ی تلفات بازگشتی آنتن بهینه شده با روش پیشنهادی و مقادیر متناظر گزارش شده در [۳۴].  ۷۹
فهرست جدول‌ها
جدول (۲-۱): چگونگی عملیات انتخاب [۲۱]. ۲۵
جدول (۲-۲): اشخاص حاضر در استخر جفت‌گیری و چگونگی عمل تزویج [۲۱]. ۲۸
جدول (۲-۳): جهش [۲۱]. ۲۹
جدول (۳-۱): مقادیر بهینه‌ی پارامترهای آنتن معرفی شده در [۲۷]. ۳۶
جدول (۳-۲): پارامترهای بهینه‌ی آنتن معرفی شده در [۳۰]. ۴۲
جدول (۳-۳): پارامترهای بهینه‌ی موجبر میانی ومحدوده‌ی تغییرات آنها [۳۱]. ۴۴
جدول (۳-۴): پارامترهای بهینه‌ی آنتن ریزنواری ومحدوده‌ی تغییرات آنها [۳۱]. ۴۵
جدول (۳-۵): پارامترهای بهینه‌ی آنتن ریزنواری فراپهن‌باند ومحدوده‌ی تغییرات آنها [۳۲]. ۴۷
جدول (۴-۱): مقادیر پارامترهای آنتن مذبور [۳۳]. ۵۲
جدول (۴-۲): ویژگی‌های سیستم‌های فازی تقریب زننده‌ی مشخصات آنتن. ۵۴
جدول (۴-۳): مقادیر داده‌های آموزشی و آزمایشی برای هریک از شبکه‌های معرفی شده در جدول (۴-۲). ۵۶
جدول (۴-۴): مقایسه‌ی مقادیر دقیق و تقریبی فرکانس‌های تشدید و پهنای باند آنتنی با پارامترهای ردیف ۱t از جدول (۴-۳). ۶۰
جدول (۴-۵): مقایسه‌ی مقادیر دقیق و تقریبی فرکانس‌های تشدید و پهنای باند آنتنی با پارامترهای ردیف ۲t از جدول (۴-۳). ۶۰
جدول (۴-۶): مشخصات الگوریتم ژنتیک اعمالی به تابع هدف تقریبی. ۶۳
جدول (۴-۷): مقایسه‌ی زمان بهینه‌سازی الگوریتم‌های مختلف. ۶۳
جدول (۴-۸): مقادیر داده‌های آموزشی و آزمایشی برای سیستم تقریب زن تابع هدف. ۶۸
جدول (۴-۹): مشخصات سیستم فازی تقریب زننده‌ی تابع هدف. ۶۹
جدول (۴-۱۰): مقایسه‌ی مقادیر به‌دست آمده از روش پیشنهادی با مقادیر گزارش شده در [۲۹]. ۷۰
جدول (۴-۱۱): پارامترهای بهینه‌ی آنتن تک‌قطبی مسطح با پچ مستطیلی [۳۴]. ۷۲
جدول (۴-۱۲): مشخصات سیستم فازی تقریب زننده‌ی تابع هدف. ۷۶
جدول (۴-۱۳): مقادیر داده‌های آموزشی و آزمایشی برای سیستم تقریب زن تابع هدف. ۷۶
جدول (۴-۱۴): مقایسه‌ی مقادیر به‌دست آمده از روش پیشنهادی با مقادیر گزارش شده در [۳۴]. ۷۸
جدول (۴-۱۵): مقایسه‌ی زمان بهینه‌سازی الگوریتم‌های مختلف. ۷۸