Tối ưu thiết kế anten loga chu kỳ bằng thuật toán di truyền

Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẬI HỌC CÔNG NGHỆ Lưu Thị Hoa Linh TỐI ƯU THIẾT KẾ ANTEN LOGA – CHU KỲ BẰNG THUẬT TOÁN DI TRUYỀN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện tử - Viễn thông HÀ NỘI - 2005 Lưu Thị Hoa Linh Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẬI HỌC CÔNG NGHỆ Lưu Thị Hoa Linh TỐI ƯU THIẾT KẾ ANTEN LOGA – CHU KỲ BẰNG THUẬT TOÁN DI TRUYỀN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Viễn thông Cán hướng dẫn: GS TSKH Phan Anh Cán đồng hướng dẫn: ThS Lê Quang Toàn HÀ NỘI - 2005 Lưu Thị Hoa Linh Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS TSKH Phan Anh Th.S Lê Quang Toàn tận tụy hướng dẫn, giúp đỡ em trình thực khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô trường ĐH Công nghệ - ĐHQG Hà Nội trang bị kiến thức tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành khóa luận cách tốt Con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ, người ủng hộ, động viên, chăm sóc, quan tâm đến bước Cuối cùng, xin cảm ơn bạn bè tôi, người giúp đỡ, động viên hoàn thành khóa luận Hà Nội, ngày tháng năm 2005 Sinh viên Lưu Thị Hoa Linh Lưu Thị Hoa Linh Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Lời mở đầu Nói đến hệ thống vô tuyến nói tới việc sử dụng sóng điện từ Và thành phần quan trọng việc thu phát sóng điện từ khác anten Anten sử dụng nhiều lĩnh vực hệ thống truyền hình, phát thanh, điều khiển, vệ tinh, …Tương ứng với mục đích sử dụng khác anten thiết kế tối ưu theo phương pháp khác nhằm đạt kết mong muốn cuối Đã có nhiều phương pháp, nhiều công trình nghiên cứu khoa học tham gia vào trình tối ưu Các phương pháp kể đến như: Phương pháp Gradien, phương pháp cổ điển, phương pháp di truyền, … Thuật toán di truyền không sử dụng đơn sinh học ta thường nghĩ mà giải tốt toán điện từ hay toán nhiều tham số khác thiết kế anten trường hợp ngoại lệ Trong phạm vi nghiên cứu tìm hiểu phương pháp để áp dụng cho toán tối ưu thiết kế anten Yagi Ngoài việc xây dựng nên thuật toán tính toán hoàn chỉnh tối ưu hầu hết tất tham số anten, thực xây dựng nên giao diện phần mềm tiện lợi cho người sử dụng thực thiết kế hoàn chỉnh anten sử dụng Hà nội 08/05/05 Lưu Thị Hoa Linh Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 1: ANTEN LOGA – CHU KỲ 1.1 Dải thông tần dải tần công tác anten 1.1.1 Dải thông tần Dải thông tần đặc tính quan trọng anten Đó dải tần số mà giới hạn anten đảm bảo trình xạ thu phổ tín hiệu không bị méo dạng Thông thường trở kháng vào anten hàm số tần số Do đó, anten làm việc với tín hiệu có phổ rộng (tín hiệu xung, số, tín hiệu vô tuyến truyền hình ) ứng với tần số khác phổ, biên độ tương đối dòng điện đặt vào anten (anten phát) sức điện động thu (anten thu) biến đổi, làm thay đổi dạng phổ tín hiệu Khi dùng fide tiếp điện cho anten, biến đổi trở kháng vào anten theo tần số dẫn đến tình trạng lệch phối hợp trở kháng xuất sóng phản xạ fide Khi tín hiệu có phổ rộng truyền qua fide ứng với tần số khác có trễ pha khác gây méo dạng tín hiệu Vì vậy, tốt phải đảm bảo suốt dải tần số làm việc RVA = const X VA = Ngoài đặc tính phương hướng anten phụ thuộc tần số, nên anten làm việc với tín hiệu có phổ rộng biên độ tương đối cường độ trường xạ (hoặc thu được) tần số khác phổ biến đổi gây méo dạng tín hiệu Thường ảnh hưởng yếu tố không lớn thực tế, độ rộng dải tần anten chủ yếu định đặc tính phụ thuộc trở kháng vào anten với tần số 1.1.2 Dải tần công tác Có nhiều trường hợp đòi hỏi anten không làm việc tần số mà làm việc số tần số khác Ứng với tần số khác anten phải đảm bảo tiêu kỹ thuật định đặc tính phương hướng, trở kháng vào, dải thông tần Dải tần số mà giới hạn anten làm việc với tiêu kỹ thuật cho gọi dải tần công tác anten Chỉ tiêu kỹ thuật khác loại anten cụ thể Lưu Thị Hoa Linh Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Căn theo dải tần số công tác, phân loại anten thành nhóm: - Anten dải tần hẹp (anten điều chuẩn): - Anten dải tần tương đối rộng : 10% < - Anten dải tần rộng : - Anten dải tần siêu rộng : ∆f < 10% f0 f max < 50% f 1,5 f max < < f f max > f Tỷ số tần số cực đại cực tiểu dải tần công tác f max gọi hệ số f bao trùm dải sóng 1.2 Phương pháp mở rộng dải tần số anten chấn tử Đối với loại anten chấn tử yếu tố định dải tần số công tác anten phụ thuộc trở kháng vào anten với tần số, đồ thị phương hướng anten thường có hướng xạ thay đổi dải tần rộng Để giảm phụ thuộc vào tần số trở kháng vào chấn tử, áp dụng biện pháp sau: - Giảm nhỏ trở kháng sóng chấn tử, - Biến đổi từ từ thiết diện chấn tử, - Hiệu chỉnh trở kháng vào chấn tử Ta khảo sát biện pháp trên: 1.2.1 Giảm nhỏ trở kháng sóng chấn tử Anten chấn tử xem mạch dao động mà trở kháng đặc trưng mạch trở kháng sóng chấn tử, điện trở tổn hao mạch điện trở xạ chấn tử Hệ số phẩm chất anten chấn tử định nghĩa công thức: QA = A Lưu Thị Hoa Linh ρA R∑0 (1.1) Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Tương tự mạch dao động thường, để mở rộng dải tần cần giảm hệ số phẩm chất QA , theo công thức (1.1) việc đồng nghĩa với việc giảm trở kháng sóng ρ A Trở kháng sóng ρ A tính theo công thức: ⎛ ⎝ l ⎞ ⎠ ρ A = 120 ⎜ ln − 1⎟ a (1.2) Nếu anten có chiều dài l cố định việc giảm trở kháng sóng tức tăng đường kính a chấn tử số cách sau: tăng đường kính dây dẫn làm chấn tử (a), chấn tử làm kim loại rộng (b), xếp dây dẫn nhỏ thành lớn khối lớn (c) Khi tính toán trở kháng sóng theo công thức (1.2) trường hợp (b) h cần thay bán kính tương đương ¼ độ rộng kim loại (atd = ) Còn trường hợp xếp dây dẫn nhỏ thành lồng, bán kính tương đương chấn tử tính công thức: atd = a n Trong đó: nr a (1.3) a: bán kính thực lồng dây dẫn, n: số dây dẫn hợp thành lồng, r: bán kính dây dẫn nhỏ Việc thực giảm trở kháng sóng theo phương pháp mở rộng dải tần số để có hệ số bao trùm dải sóng khoảng 2.5 đảm bảo hệ số sóng chạy fiđe cung cấp không nhỏ 0.3 Trên thực tế hệ số sóng chạy lớn ( k ≥ 0.9 ) mở rộng dải tần số khoảng ± % 1.2.2 Biến đổi từ từ thiết diện chấn tử Khi nối hai đường truyền sóng có hai dạng lan truyền sóng khác (như từ ống dẫn sóng tròn sang ống dẫn sóng hình chữ nhật) ta dùng thiết bị chuyển tiếp dạng sóng Còn nối hai đường truyền sóng có trở kháng sóng khác (về kích thước tiết diện) ta dùng chuyển tiếp biến đổi dần kích thước hai đường truyền cho phù hợp Lưu Thị Hoa Linh Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Anten xem thiết bị chuyển tiếp hệ thống fiđe tiếp điện môi trường truyền sóng (không gian tự do), anten biến đổi sóng điện từ ràng buộc fiđe thành sóng tự truyền không gian Do thân anten phải có dạng kết cấu chuyển tiếp để giảm phụ thuộc trở kháng vào anten với tần số Tức kích thước anten biến đổi cách từ từ β Hình 1.2: Chấn tử đối xứng hình chóp Trong trường hợp fiđe tiếp điện dây song hành đối xứng chuyển tiếp từ đường dây vào không gian bên thực dứi dạng hai chóp đối xứng (hình 1.1), lúc ta có chấn tử đối xứng hình chóp Nếu cặp chấn tử hình chớp dài vô tận hệ thống hình thành đường truyền sóng đồng phản xạ, sóng truyền lan sóng cầu Trở kháng sóng đường truyền số, trở kháng vào anten ⎛ ⎝ ρ = 276 ⎜ cotg β⎞ ⎟ 2⎠ (1.4) Khi chóp có độ dài hữu hạn sóng bị phản xạ lại phần đầu cuối, phần lại xạ không gian Trở kháng vào anten số phức, phụ thuộc vào tần số Nhưng chọn vị trí góc β phù hợp thì trở kháng vào anten phụ thuộc vào tần số trog dải tần rộng Thực tế anten có f max = /1 Trong dải tần hệ số sóng f thể làm việc với hệ số bao trùm dải sóng chạy fiđe không nhỏ 0,5 Lưu Thị Hoa Linh Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 1.2.3 Hiệu chỉnh trở kháng vào chấn tử Theo phương pháp chấn tử cần thiết lập để kết cấu bao gồm hai phận mà điện kháng vào phận có dấu ngược bù dải tần số công tác Ví dụ phận có ⎛ i ⎞ trở kháng dung tính ⎜ − ⎟ phần có trở kháng cảm tính ( iω L ) Hình 1.3 ⎝ ωC ⎠ sơ đồ ả có hiệu chỉnh trở kháng vào Hai nhánh chấn tử ae bf, đoạn cod hình thành đường dây nhánh mắc song song với chấn tử o c a b d f a) b) o e f c d a b Hình 1.3: Sơ đồ anten có hiệu chỉnh trở kháng vào Nếu ta chọn kích thước chấn tử phù hợp thành phần điện kháng trở kháng vào nhỏ, điều thể qua sơ đồ tương đương - hình 1.3b: hai nhánh chấn tử tương đương với đoạn dây song hành ngắn mạch Nếu chọn kích thước đoạn dây thích hợp đoạn dây nhánh có điện kháng vào cảm tính, đoạn hở mạch ce – df có điện kháng vào dung tính, cho hai điện kháng bù trừ cho dải tần định Đồng thời đoạn ac – bd chọn để trở kháng vào cd sau biến đổi ab có phần thực lớn phần kháng nhỏ 1.3 Mở rộng dải tần công tác theo nguyên lý tương tự Áp dụng cho anten lôga - chu kỳ Nguyên lý tương tự điện động học phát biểu sau: Nếu biến đổi đồng thời bước sóng công tác tất kích thước anten theo tỷ lệ giống đặc tính anten đồ thị phương hướng, trở kháng Lưu Thị Hoa Linh Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp vào không biến đổi Hệ số tỷ lệ gọi tỷ lệ xích phép biến đổi tương tự Dựa vào nguyên lý thiết lập anten không phụ thuộc tần số cách cấu tạo anten từ nhiều khu vực có kích thước hình học khác Kích thước hình học khu vực tỷ lệ với theo hệ số định Khi anten làm việc với bước sóng có khu vực anten tham gia vào trình xạ Khu vực gọi miền xạ anten Khi bước sóng công tác thay đổi miền xạ anten dịch chuyển đến khu vực mà tỷ lệ kích thước hình học phần tử xạ với bước sóng giống lúc trước 1.3.1 Nguyên lý cấu tạo anten lôga - chu kỳ Anten tạo tập hợp chấn tử có kích thước khoảng cách khác tiếp điện từ đường fiđe song hành chung hình 1.4, chấn tử nhận dòng từ fiđe theo cách tiếp điện chéo: l n −1 l1 l2 fiđe ln α Hình 1.4: Kết cấu anten loga - chu kỳ Kích thước chấn tử khoảng cách chúng biến đổi dần theo tỉ lệ, tỉ lệ gọi chu kỳ kết cấu: τ= l l1 l2 = = = n −1 l2 l3 ln (1.5) Đặc tính kết cấu anten lôga - chu kỳ xác định hai thông số τ góc α Nếu máy phát làm việc tần số f o đó, tần số lại tần số cộng hưởng chấn tử trở kháng chấn tử điện trở Lưu Thị Hoa Linh 10 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Tài liệu tham khảo [1] Phan Anh, Lý thuyết kỹ thuật anten, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật [2] Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Khắc Kiểm, Lập trình MatLab, NXB Khoa học kỹ thuật, 2003 [3] A.Brindle, Genetic algorithms for function dissestation, Univ.Alberta, Edmonton, Canada, 1981 optimization, Doctoral [4] Eric A.Jones, William T.joines, Design of Yagi-Uda antennas using genetic algorithms, IEEE transaction on antennas and propagation, Vol.45, No.9, September 1997 [5] Randy L.Haupt, An introduction to Genetic Algorithms for Electromagnetics, IEEE antennas and propagation, Vol.37, No.2, April 1995 Lưu Thị Hoa Linh 39 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp PHỤ LỤC MÃ NGUỒN CÁC CHƯƠNG TRÌNH % % Chương trình tính toán TTDT % global k0 so_chan_tu last lmax chuky alpha hsdh trovao clc; disp(‘ THIET KE ANTEN LOGA – CHU KY ’) % doi tan so dang Hz fmax=600*1e+6; %Hoặc nhập tay fmax=input('Tan so lon nhat (MHz):') fmin=400*1e+6; %Hoặc nhập tay fmin = input('Tan so nho nhat (MHz):') F0 = 500*1e+6; last = 10; %input('Nhap tan so hoat dong giua fmax va fmin(MHz):'); %input('Nhap so vong chay: '); lamda = 3e+8/F0; %Bước sóng hoạt động k0 = 2*pi/lamda; so_chan_tu = 6; lmax = 3e+8/(2*fmin); No_bit = 10; row = 8; %input(‘so bit ma hoa: ’); %số anten thử nghiệm % Những giới hạn tham số anten a0 = 0.85; b0 = 0.95; a1 = 10*pi/180; %alpha = 10o b1 = 20*pi/180; %alpha max = 20o gen = 2; %số gen nhiễm sắc thể cell = gen*No_bit; %Kích thước nhiễm sắc thể muctieu = []; Lưu Thị Hoa Linh 40 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Gene = round(rand(row,cell)); for ib = 1:last disp(‘ vong lap thu ’) ib for ic = 1:row cost = Gene(ic,:); for jb = 1:No_bit ckkc(1,jb) = cost(1,jb); goc_d(1,jb) = cost(1,jb+No_bit); end %giải mã chuky = decode(ckkc,No_bit); alpha = decode(goc_d,No_bit); %giới hạn tham số chuky = a0+chuky*(b0-a0)/(2^No_bit); alpha = a1+alpha*(b1-a1)/(2^No_bit); %tính hàm mục tiêu muctieu(ic,1) = loga(chuky,alpha); end muctieu = -muctieu; [muctieu,ind] = sort(muctieu); Gene = Gene(ind(1:round(row/2)),:); %lai ghép cross = ceil((cell-1)*rand(round(row/2),1)); for ic = 1:2:(round(round(row/2))) Gene(round(row/2)+ic,1:cross) = Gene(ic,1:cross); Gene(round(row/2)+ic,cross+1:cell) = Gene(ic+1,cross+1:cell); Lưu Thị Hoa Linh 41 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Gene(round(row/2)+ic+1,1:cross) = Gene(ic+1,1:cross); Gene(round(row/2)+ic+1,cross+1:cell) = Gene(ic,cross+1:cell); end if ib ~ = last %biến dị ix = ceil(row*rand); iy = ceil(cell*rand); Gene(ix,iy) = 1-Gene(ix,iy); else % vòng lặp cuối không biến dị, cho in giá trị cuoicung = Gene(1,:); for jb = 1:No_bit ck_cuoicung(1,jb) = cuoicung(1,jb); goc_cuoicung(1,jb) = cuoicung(1,jb+No_bit); end chuky = decode(ck_cuoicung,No_bit); alpha = decode(goc_cuoicung,No_bit); chuky = a0+chuky*(b0-a0)/(2^No_bit); alpha = a1+alpha*(b1-a1)/(2^No_bit); muctieu_cuoicung = loga(chuky,alpha) chuky alpha = alpha*180/pi % alpha tính theo độ trovao hsdh_dBi = 10*log10(hsdh)/1.6 % tính dBi end end Lưu Thị Hoa Linh 42 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp % % Phần chương trình tính hàm object (loga.m) % function out = loga(cky,anpha) global chky alfa k_cach lmax so_chan_tu x dong L hsdh trovao chky = cky; alfa = anpha; L = []; L(so_chan_tu) = lmax; % tính chiều dài chấn tử for n = so_chan_tu-1:-1:1 L(n) = L(n+1)*chky; end x(1) = (L(1)/2)/tan(alfa); % tính tọa độ for n = 2:so_chan_tu x(n) = x(n-1)/chky; end for n = 1:so_chan_tu for m = 1:so_chan_tu if n ~ = m k_cach(n,m) = abs(x(n)-x(m)); else k_cach(n,m) = 0; end end end bk = 4e-3; Lưu Thị Hoa Linh 43 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp % Dẫn nạp đoạn fiđe chấn tử liên tiếp y = zeros(2,2,so_chan_tu+1); for k = 2:so_chan_tu+1 for n = 1:2 for m = 1:2 y(n,m,k) = DanNap(n,m,k); end end end % Trở kháng riêng trở kháng tương hỗ z = zeros(so_chan_tu,so_chan_tu); for n = 1:so_chan_tu for m = 1:so_chan_tu+1 if m = = so_chan_tu+1 z(n,m) = 0; elseif n = = m z(n,m) = tk_rieng(bk,L(n)); else z(n,m) = trk_th(L(n),L(m),k_cach(n,m)); end end end % tính hệ số ma trận V0 = 1; a = zeros(so_chan_tu); for n = 1:so_chan_tu for m = 1:so_chan_tu Lưu Thị Hoa Linh 44 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp thstg = z(n,m)*(y(1,1,m+1)+y(2,2,m)+y(2,1,m+1)*z(n,m+1)); if n = = m thstg = thstg+1; end if m = = a(n,m) = thstg; else a(n,m) = thstg+y(1,2,m)*z(n,m-1); end end b(n) = z(n,1)*y(2,1,2)*V0; end %Giải hệ điện áp chấn tử v = a\b'; % Dong dien: v(so_chan_tu+1) = 0; for n = 1:so_chan_tu v_thstg = y(1,1,n+1)*v(n)+y(1,2,n+1)*v(n+1)+y(2,2,n)*v(n); if n = = dong(n) = v_thstg+y(2,1,n); else dong(n) = v_thstg+y(2,1,n)*v(n-1); end end % Trở kháng vào anten trovao = v(1)/dong(1); t1 = dblquad('bf_hfh',0,pi,0,2*pi); Lưu Thị Hoa Linh 45 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp hsdh = 4*pi/t1; object = 30*hsdh;%-abs(75-real(trovao)); out = object; % % Tổng bình phương hai hàm phương hướng (bf_hfh.m) % function out = bf_hfh(goc1,goc2) global so_chan_tu k0 L dong x goc1 = 0:0.15:2*pi; tong1 = 0; goc2 = 0:0.15:2*pi; tong2 = 0; for m = 1:so_chan_tu dau = cos(m*pi); t_g1 = (1-cos(k0*L(m)/2))./sin(k0*L(m)/2); e_mu1 = exp(i*k0*x(m)*cos(goc1)); tong1 = tong1+dau.*dong(m).*t_g1.*e_mu1; t_g2 = (cos((k0*L(m)/2)*sin(goc2))-cos(k0*L(m)/2))/sin(k0*L(m)/2); e_mu2 = exp(i*k0*x(m)*cos(goc2)); tong2 = tong2+dau.*dong(m).*t_g2.*e_mu2; end hfh_h = abs(tong1)/abs(tong1(1)); hfh_e = abs(tong2)/abs(tong2(1)); out = (sqr(hfh_h)+sqr(hfh_e)).*sin(goc1); Lưu Thị Hoa Linh 46 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp % % Trở kháng tương hỗ (trk_th.m) % function out = trk_th(l01,l02,kc) global kcach l1 l2 k0 l1 = l01; l2 = l02; kcach = kc; t1 = -30*quad('ham_tk1',-l2/2,l2/2); t2 = -30*quad('ham_tk2',-l2/2,l2/2); out = t1+j*t2; % % hai file ham_tk1.m ham_tk2.m: % function out = ham_tk1(t) global kcach k0 l1 l2 R = sqrt(kcach^2 + t.^2); r1 = sqrt(kcach^2 + (t+l1/2).^2); r2 = sqrt(kcach^2 + (t-l1/2).^2); out = (2*sin(k0*R)*cos(k0*l1/2)/R-sin(k0*r1)/r1-sin(k0*r2)/r2)* *sin(k0*(l2/2-abs(t)))/(sin(k0*l1/2)*sin(k0*l2/2)); % function out = ham_tk2(t) global kcach k0 l1 l2 R = sqrt(kcach^2 + t.^2); r1 = sqrt(kcach^2 + (t+l1/2).^2); r2 = sqrt(kcach^2 + (t-l1/2).^2); Lưu Thị Hoa Linh 47 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp out = (2*cos(k0*R)*cos(k0*l1/2)/R-cos(k0*r1)/r1-cos(k0*r2)/r2)* *sin(k0*(l2/2-abs(t)))/(sin(k0*l1/2)*sin(k0*l2/2)); % % Trở kháng riêng (trk_rieng.m) % function out = tk_rieng(bk,l) format long e; global M h k0 te_ta an_pha M = 8; %Số vòng lặp h = 1/M; te_ta = k0*l/2; an_pha = 2*bk/l; % Gán hệ số ma trận R (n x m) for i = 1:M for j = 1:M a(i,j) = complex(R_thuc(i,j-1),R_ao(i,j-1)); end b(i) = complex(sin(i*te_ta*h),0); end % Giải hệ phức x = a\b'; he_so = complex(0,20*h); out = he_so/x(1); % % Hàm hệ số ma trận function R_thuc = R_thuc(m,n); global M h k0 te_ta an_pha Lưu Thị Hoa Linh 48 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp tam1 = 0; tam2 = 0; for i = 0:M tam1 = tam1+s(i)*(1/Can(i,n)+1/Can(i,-n)); tam2 = tam2+2*s(i)/Can(i,0); end; r1 = cos(te_ta*Can(n,-m))/Can(n,-m); r2 = cos(te_ta*Can(n,m))/Can(n,m); r3 = 2*cos(te_ta*m*h)*cos(te_ta*Can(n,0))/Can(n,0); r4 = s(n)*(r1+r2-r3); r5 = (3/h)*log(((1-n*h+sqrt(sqr(an_pha)+sqr(1-n*h)))* *(1+n*h+sqrt(sqr(an_pha)+sqr(1+n*h))))/sqr(an_pha)); r6 = cos(te_ta*an_pha)*(r5-tam1); r7 = cos(te_ta*an_pha)*cos(te_ta*m*h)* *((6/h)*log((1+sqrt(1+sqr(an_pha)))/an_pha)-tam2); if m = = n tam = r4+r6; else tam = r4; end if n = = R_thuc = tam-r7; else R_thuc = tam; end % phần ảo function R_ao = R_ao(m,n); global te_ta an_pha h r1 = sin(te_ta*Can(n,-m))/Can(n,-m); Lưu Thị Hoa Linh 49 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp r2 = sin(te_ta*Can(n,m))/Can(n,m); r3 = 2*cos(te_ta*m*h)*sin(te_ta*Can(n,0))/Can(n,0); r = s(n)*(r1+r2-r3); R_ao = -r; % -function can = Can(n,m); global h an_pha can = sqrt(sqr(an_pha)+h*h*sqr(n+m)); % -% Hàm trọng số Simpson function s = s(n); if n = = 0|n = = s = 1; elseif rem(n,2) = = s = 2; else s = 4; end % % Dẫn nạp (DanNap.m) % function out = DanNap(n1,m1,kc) global k0 so_chan_tu x k_cach format short e; TKS = 120*pi; k1 = kc; if k1 = = so_chan_tu+1 out = 0; elseif k1 = = if n1 = = m1 Lưu Thị Hoa Linh 50 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp out = coth(i*k0*x(1))/TKS; else out = -csch(i*k0*x(1))/TKS; end elseif n1 = = m1 out = coth(i*k0*k_cach(k1,k1-1))/TKS; else out = -csch(i*k0*k_cach(k1,k1-1))/TKS; end % - Lưu Thị Hoa Linh 51 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC CHƯƠNG 1: ANTEN LOGA – CHU KỲ 1.1 Dải thông tần dải tần công tác anten .5 1.1.1 Dải thông tần 1.1.2 Dải tần công tác 1.2 Phương pháp mở rộng dải tần số anten chấn tử .6 1.2.1 Giảm nhỏ trở kháng sóng chấn tử 1.2.2 Biến đổi từ từ thiết diện chấn tử .7 1.2.3 Hiệu chỉnh trở kháng vào chấn tử 1.3 Mở rộng dải tần công tác theo nguyên lý tương tự Áp dụng cho anten lôga - chu kỳ 1.3.1 Nguyên lý cấu tạo anten lôga - chu kỳ 10 1.4 Đặc điểm kết cấu anten loga chu kỳ phương pháp tính toán 13 CHƯƠNG 2: THUẬT TOÁN DI TRUYỀN 19 2.1 Giới thiệu thuật toán di truyền 19 2.2 Khái quát thuật toán di truyền bước tiến hành 20 2.2.1 Khái quát thuật toán di truyền 20 2.2.2 Các bước tiến hành 20 2.2.3 Thuật toán di truyền cho tối ưu thiết kế anten 23 2.2.4 Hàm mục tiêu tỉ lệ phù hợp 25 2.2.5 Sự chọn lọc 25 2.2.6 Mô tả anten nhiễm sắc thể 26 2.2.7 Các toán tử di truyền 28 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN DI TRUYỀN 30 3.1 Các tham số tối ưu cho anten lôga - chu kỳ 30 3.2 Các bước thực tính toán 30 3.2.1 Khởi tạo ngẫu nhiên quần thể gồm số nhiễm sắc thể .30 3.2.2 Thực mã hóa tham số anten .31 3.2.3 Giải mã gen sang dạng thập phân tính theo giới hạn 31 3.2.4 Thực tính toán thiết kế anten 32 3.2.5 Loại bỏ nhiễm sắc thể không thỏa mãn theo tiêu chí đặt 34 3.2.6 Sử dụng toán tử di truyền 34 3.2.7 Kiểm tra điều kiện dừng 34 3.3 Một số kết .35 3.3.1 Trường hợp 1: tối ưu hệ số định hướng, không tối ưu trở kháng 35 3.3.1.1 Kết 35 3.3.1.2 Kết 35 3.3.1.3 Kết 36 Lưu Thị Hoa Linh 52 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 3.3.2 Trường hợp 2: Tối ưu hệ số định hướng với hệ số 30, đồng thời tối ưu phần thực trở kháng 36 3.3.2.1 Kết 36 3.3.2.2 Kết 37 3.3.2.3 Kết 37 3.4 Nhận xét tổng quát kết đạt 37 3.5 Đánh giá kết hướng phát triển 38 Tài liệu tham khảo39 PHỤ LỤC 40 % Chương trình tính toán TTDT 40 % Phần chương trình tính hàm object (loga.m) 43 % Tổng bình phương hai hàm phương hướng (bf_hfh.m) 46 % Trở kháng tương hỗ (trk_th.m) 47 % Trở kháng riêng (trk_rieng.m) .48 % Dẫn nạp (DanNap.m) 50 Lưu Thị Hoa Linh 53 [...]... nhau, ngoại trừ trường hợp biến dị Khi đó thuật toán cần được dừng lại 2.2.3 Thuật toán di truyền cho tối ưu và thiết kế anten Hình 2.2 cho ta thấy biểu đồ các bước thực hiện của thuật toán di truyền Hầu hết tất cả các bước là chung cho tất cả các thuật toán di truyền Những khác biệt đáng chú ý là phương pháp ước lượng pha anten momen ở đầu vòng lặp Thuật toán di truyền bắt đầu tìm kiếm với một quần thể... dụng thuật toán di truyền trong tối ưu hóa anten lôga - chu kỳ Dựa trên những lý thuyết về anten lôga - chu kỳ và thuật toán di truyền, tôi đã mô phỏng các tính toán trên bằng phần mềm MatLab 3.1 Các tham số tối ưu cho anten lôga - chu kỳ Chương trình còn tính toán tối ưu anten lôga - chu kỳ các tham số : chu kỳ kết cấu τ , góc α , hệ số định hướng và trở kháng vào Các tham số khác có thể được thay đổi... dự đoán ban đầu cho từng thiết kế Với những vấn đề này thì thuật toán di truyền được đưa ra nhằm giải quyết vấn đề tìm kiếm toàn cục cho lời giải thỏa mãn một số tiêu chu n chất lượng đặc biệt Lưu Thị Hoa Linh 19 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 2.2 Khái quát về thuật toán di truyền và các bước tiến hành 2.2.1 Khái quát về thuật toán di truyền Thuật toán di truyền bắt chước sự tiến... định hướng cao hơn 2 kết quả ở trên 3.3.2 Trường hợp 2: Tối ưu hệ số định hướng với hệ số là 30, đồng thời tối ưu phần thực của trở kháng 3.3.2.1 Kết quả 4 Vẫn giữ nguyên số bit mã hóa và số vòng chạy Mục đích tối ưu là tối ưu hệ số định hướng với hệ số là 30, có tối ưu phần thực của trở kháng Bảng 4: sử dụng 10 bit mã hoá, 8 vòng chạy, có tối ưu phần thực trở kháng Chu kỳ kết cấu (chuky) 0.9305 Góc (alpha)... của anten: ZVA = V1 V1 = 1 1 I1 yVV V0 + yVR V1 (1.21) Bài toán xác định các thông số tối ưu của anten lôga – chu kỳ được giải quyết bằng cách lặp lại nhiều lần các bước 1 và 2, đến chừng nào đạt được các chỉ tiêu chất lượng tốt nhất (tùy thuộc vào hệ số định hướng) Lưu Thị Hoa Linh 18 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 2: THUẬT TOÁN DI TRUYỀN 2.1 Giới thiệu về thuật toán di truyền. .. ngẫu nhiên của anten Tái tạo các anten bằng phương pháp momen Sắp xếp anten theo chất lượng hàm mục tiêu Áp dụng toán tử di truyền để tạo thế hệ anten mới Kiểm tra tiêu chu n cuối cùng Kết thúc Hình 2.2: Sơ đồ khối cho thuật toán di truyền Bằng cách sử dụng: “cá thể phù hợp thì tồn tại”, các cá thể phù hợp hơn có khả năng được lựa chọn lớn hơn Với ý tưởng là việc trao đổi thông tin di truyền giữa hai... các anten khác sẽ có giá trị tăng ích nhỏ hơn nhưng giá trị trở kháng đầu vào tốt hơn Vì thế, ta cho chạy chương trình nhiều lần và lựa chọn anten thích hợp nhất để ứng dụng Lưu Thị Hoa Linh 29 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN DI TRUYỀN Trong chương này tôi sẽ nêu chi tiết hơn về việc áp dụng thuật toán di truyền trong tối ưu hóa anten lôga - chu kỳ. .. ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 3.3 Một số kết quả 3.3.1 Trường hợp 1: chỉ tối ưu hệ số định hướng, không tối ưu trở kháng 3.3.1.1 Kết quả 1 Ngoài các tham số chung như nêu ở mục 3.1 thì trong lần tính toán này sử dụng 10 bit mã hóa, 8 vòng chạy Ta thu được kết quả sau: Bảng 1: sử dụng 10 bit mã hoá, 8 vòng chạy, không tối ưu phần thực trở kháng Chu kỳ kết cấu (chuky) 0.8707 Góc (alpha) 12.6647o Hệ số... bằng giữa khoảng tham số và độ phân giải của các thông số với tốc độ hội tụ Lưu Thị Hoa Linh 27 Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 2.2.7 Các toán tử di truyền Thông tin di truyền được nhân giống từ một thế hệ sang thế hệ sau bằng toán tử di truyền Có 3 cách cơ bản của toán tử di truyền là: sao chép (reproduction), tương giao chéo (crossover) và biến dị (mutation) Sự sao chép, là toán. .. cùng một chương trình tính toán, trừ khi bài toán này đủ đơn giản để tìm thấy lời giải tối ưu Thuật toán di truyền hướng tới việc tìm kiếm lời giải thích hợp và tối ưu nó Ví dụ như một hàm phù hợp của anten bao gồm một số hạng nhằm cực đại hóa tăng ích và số hạng khác để hướng tới trở kháng bằng 75Ω Nếu ta lấy anten từ một vài lần chạy chương trình khác nhau, thì có thể một vài anten sẽ có giá trị tăng ... ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN DI TRUYỀN Trong chương nêu chi tiết việc áp dụng thuật toán di truyền tối ưu hóa anten lôga - chu kỳ Dựa lý thuyết anten lôga - chu kỳ thuật toán di truyền, mô tính toán phần... Khi thuật toán cần dừng lại 2.2.3 Thuật toán di truyền cho tối ưu thiết kế anten Hình 2.2 cho ta thấy biểu đồ bước thực thuật toán di truyền Hầu hết tất bước chung cho tất thuật toán di truyền. .. chu kỳ; lý thuyết thuật toán di truyền phương pháp áp dụng cho việc thiết kế anten; nghiên cứu việc áp dụng thuật toán di truyền cho toán tối ưu thiết kế anten lôga- chu kỳ Trong thời gian nghiên