论文研究-基于一种新型核函数高斯过程的双频微带天线设计.pdf

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针对采用高斯过程进行建模时,不同核函数形式有着不同学习效果的问题,提出了一种自定义的平方指数形式的核函数,并基于多项式函数拟合对这种新型的核函数进行了数值仿真。仿真结果表明,该核函数不但可以提高模型的精确度和有效性,而且还可以提高模型的学习能力和泛化能力。最后,将基于该核函数的高斯过程建模方法用于矩形双频微带天线优化设计和WLAN双频单极子天线优化设计,进一步证明了这种方法是可行的和有效的。
第8期 许永秀,等:基于一种新型核函数高斯过程的双频微带天线设计 2479 置和速度;P为粒子i在第d维的个体极值的位置;p为群体板。天线介质层的厚度为1.52m,其介电常数为3.38 在第d维的全局极值的位詈。当CP模型建立好之后,采用 WLAN双频单极子天线的设计指标要求为高频段 PO对其进行优化,其流程如图3所示。其中,粒子个数选取515GHz-5.825GHz,中心频率为5.49GHz,回波损耗S1< 25个,选代次数为1000次,C1=C2=2,粒子最大速度 -10dB;低频段2.4~2.4825GHz,中心频率为2.44GHz,回 1.0,优化结果为(12W)=(27.837.1)(mm)。为∫验证波损耗S 20d。分别基于 Armateur52和 armateur72 ardmalernl72核函数的准确性和有效性,图4分别给出了基于的GP模型对天线进行优化设计。本文通过优化高频单极子 Ardmatern.s52核函数和 Ardmatern72核函数的CP模型对双频微线水平1、垂直方向长度2及低频单极子大线水平R1、垂 带天线的优化设计结果。从图4可以看出,此组参数对应的微直方向长度R2来达到设计指标,WLAN双频单极子天线的尺 带天线的谐振频率基本一致,在中心频率点1.9GHz和2.45寸参数取值范围如表4所示。 GHz处的S1参数均小于-20dB,满足天线要求;而基于Ard 0 40 maten72核函数的高斯过程对天线的优化效果更好,拟合得更 低频单极 好,证明了新型核函数相较于传统核两数更优 高频单极子天线 层1子天线 R, 开始 -20 选取血组数据作为GP模型的训练样本 25 HESS I mm 将训练样本代人HFS仿真得到S1参数值,每组数据 选取λ个频率点,作为G;μ模型的训练输出数据 频率fGHz 参考地微带馈线 建六GP模型 图4IFsS仿真与基于两种 图5单极了天线的 设置PO初始参数 核函数的GP预测比较l 结构模型 更新GP模型 表4WLAN双频单极子天线尺寸参数 使用近似GP模型作为适应度函数取代 结构名称 变量名 变量值/m 真实适应度函数对粒子进行适应度预测 质层厚度 更新粒子 将最佳预测粒子及精确 徵带馈线宽度 解加入到训练样本中 徵带馈线宽度 L 史新寻优经验知识库 单极子天线金属片宽度 W 2 高频羊极子天线水平方向长度 1.4-4.4 高频单极子天线垂直方向长度 低频单极了天线水平方向度 10.1~10.4 获得最佳预测粒子,调用HFS 低频单极子天线垂直方向长度 得到精确解,与预测值进行比较 选取八组(l1、2、R1、R2)数据作为GP模型的训练样本 一—误差小于精度要求 否 每组数据对应的工作频率∫范围是1~8GHz。将这些数据代 是 人HFSS进行仿真,得到S1参数值,每组数据选取701个频率 得到精确GP模型及最优尺寸 点作为GP模型的训练输出数据,基于 Ardmatern52核函数和 结束) Ardmatern72核函数分别建立GP模型,采用PSO算法进行优 图3高斯过程一粒子群算浤流程 化设计,其初始参数设置和上述矩形微带天线优化设计屮的参 为了比较 ArdmaterT52核两数和 Ardmatern72核函数的精 数设置一样。优化结果为(L1L2R1R2)=(4.25710.2519 (mm)。为了验证 Ardmatern2核数的精确度和有效性,图6 确度,本文果用如下平均相对误差(AHB)和均方误差(MS)分别给H基于Anmm52核函数和 Ardmatern2核丽数的GP 公式进行评价: 模型对WAN双频单极」天线的优化设计结果。从图6可以 ARE nt=t'pred,"test (22)看出,在5.15~5.825GH,天线的S1参数都低于-10dB;在 MSE-I 2.4~2.4825GIl,其S1参数均低于-20d,说明上述设计的 天线满足WLAN的应用要求。 表3给出了基于 Ardmalerr72核函数和 ardmalern52核函 数的GP模型优化双频微带天线所对应的ARE和MSE。由表 3可以看出,基于 ArdmaterT72核函数GP模型的ARE和MSE 均比 Ardmatern52核函数的要小,说明采用 Ardmatert72核函 数的GP模型可以提高优化精度。 表3不同核函数优化双频微带天线的误差表 HFSS g(Ardmatern 52) 评价指标 mater Ardmaten72 y(Ardmatern7 -35 ARE 0.6707798 0.6536455 频率fGHz MSE 3.1752159 2.7600131 图6HFSS仿与基于两种核函数的GP预测比较2 4基于新型核函数的高斯过程模型用于WLAN双 表5给出了基于 Ardmatern72核函数和 ardmatern52核函 频单极子天线的设计 数的GP模型优化WLAN单极子天线所对应的ARE和MSE 出表5可以看出,基于 Ardmatern72核函数CP模型的ARE和 本章基于 Ardmatern72核函数高斯过程优化设计了一种MSE均比 ardmaterr52核函数的要小。同样说明了采用Ard 双L形结构的微带线单极子天线,该天线工作于IEE802.1 a matern72核函数的CP模型可以提高优化精度 和802.Ib两个作频段,可以同时覆盖5.15-5.825GHz和 表5不同核函数优化WLAN单极子天线的误差 2.4~2.4825GHz两个频带范围,其中心频率分别为5.49GHz 评价指标 Arrlmatern52 A rdmatern72 和2.44GHz。图5所示为设计的微带双频单极子天线的结构 0.08850 0.076258 模型。天线结构大概可以分为五个部分,即低频(2.4GH|z)单 MSE 0.49120 0.45245 极子大线、高频(5GHz)单极子天线、介质层、微带馈线和接地 (下转第2483页) 第8期 孙娟,等:多层星型网络的特征值谱及同步能力分祈 2483 Cell Biology,2011,12(11):695-708 IEEE Trans on Industrial Electronics, 2006, 53(5): 1398-1409 [5 Lee K M, Kim J Y, Cho W, et al. 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