Nghiên cứu tái cấu trúc ăng ten vi dải cho công nghệ 5g dựa trên hướng lập trình di truyền

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ********** LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TÁI CẤU TRÚC ĂNG TEN VI DẢI CHO CÔNG NGHỆ 5G DỰA TRÊN HƯỚNG LẬP TRÌNH DI TRUYỀN Giáo viên hướng dẫn : TS Hồ Mạnh Linh Học viên thực : Trần Thị Hoa Phượng MSHV : CA180263 Hà Nội - 2020 Chữ ký nháy MỞ ĐẦU Anten thiết bị cốt lõi tất hệ thống thơng tin vơ tuyến, ngồi anten cịn tham gia vào q trình gia cơng tín hiệu nhờ kỹ thuật Dải tần số khoảng từ 0,6 đến 6GHz dải tần tối ưu cho mạng 4G/5G Tần số sóng mang dải tần cho phép cấp phát băng thông tần số lớn cho tốc độ truyền tải liệu cao Với thời điểm bùng nổ công nghệ 5G nhiều loại anten thiết kế cho ứng dụng truyền thông khơng dây khác Anten vi dải có nhiều ưu điểm chế tạo dễ, chi phí thấp, trọng lượng nhẹ nên ưu tiên ứng dụng băng thông hẹp mở rộng băng thơng Lập trình di truyền (GP-Genetic Programming) tập hợp kỹ thuật tính tốn tiến hóa cho phép máy tính giải vấn đề tự động Kể từ thành lập hai mươi năm trước, GP sử dụng để giải loạt vấn đề thực tế, tạo số kết cạnh tranh người chí phát minh sáng chế Giống nhiều lĩnh vực khác khoa học máy tính, GP phát triển nhanh chóng, với ý tưởng, kỹ thuật ứng dụng liên tục đề xuất Lập trình di truyền GP phương pháp tính tốn tiến hóa Cụ thể lập trình di truyền GP tổng hợp cấu trúc liên kết đơng thời tối ưu hóa u cầu thơng số kỹ thuật thiết kế Lập trình di truyền sử dụng thành công nhiều lĩnh vực kỹ thuật, với quan tâm ngày tăng lĩnh vực nhiều công cụ công nghệ lựa chọn để tạo điều kiện cho nghiên cứu nhanh hiệu Trong đó, lập trình di truyền đủ mạnh để tổng hợp tối ưu hóa anten vi dải thỏa mãn điều kiện mong muốn Đặc biệt, anten di truyền, có nhiều khơng gian tự thiết kế thiết kế thông thường, ứng dụng nhiều lĩnh vực vũ trụ Ngồi ra, chương trình hoàn toàn tự động tổng hợp cấu trúc anten nên giảm thiểu thời gian ngồi trước máy tính liên tục nhà nghiên cứu kỹ sư cao tần Do đó, luận văn đưa chương trình di truyền GP tổng hợp cấu trúc anten vi dải nghiên cứu dùng cơng nghệ 5G Luận văn trình bày chương trình di truyền tự động tạo hai cấu trúc anten hoạt động dải tần mong muốn, đặc biệt dải tần hoạt động cơng nghệ 5G, có khả tổng hợp, tối ưu cấu trúc anten có tính đột phá Trong phạm vi Luận văn “Nghiên Cứu Tái Cấu Trúc Ăng Ten Vi Dải Cho Cơng Nghệ 5G Dựa Trên Hướng Lập Trình Di Truyền” này, nghiên cứu đưa hai cấu trúc anten kết mô sử dụng chương trình dựa phương pháp di truyền trình bày, cấu trúc anten thu sau sử dụng phương pháp GP đưa để so sánh bàn luận Qua luận văn này, xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến TS Hồ Mạnh Linh định hướng, trực tiếp hướng dẫn tơi suốt q trình thực đề tài Xin trân trọng cảm ơn Thầy Cô giáo Viện Điện tử - Viễn thông, Đại học Bách Khoa Hà Nội nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ tơi suốt thời gian học tập hồn thành chương trình đào tạo Tôi xin cảm ơn bạn CRD-Lab thư viện Tạ Quang Bửu có góp ý định hướng cần thiết cho trình thưc luận văn thạc sĩ Hà Nội, tháng 05 năm 2020 Học viên thực Trần Thị Hoa Phượng TĨM TẮT LUẬN VĂN Mục đích luận văn nhằm hướng tới nghiên cứu thuật toán tối ưu liên quan đến giả lập chọn lọc tự nhiên đưa thuật toán tốt dựa sở thuật toán tiếng như: thuật toán di truyền giúp có nhìn tổng qt kiến thức thiết kế chế tạo anten Trong phạm vi luận văn, tập trung vào nghiên cứu tối ưu cấu trúc anten có tính đột phá phương pháp lập trình theo định hướng di truyền Các anten thiết kế, xây dựng cho hệ thống thông tin không dây hệ công nghệ 5G Luận văn “Nghiên Cứu Tái Cấu Trúc Ăng Ten Vi Dải Cho Công Nghệ 5G Dựa Trên Hướng Lập Trình Di Truyền” trình bày gồm chương: Chương giới thiệu chung anten, đặc tính anten anten vi dải sử dụng thiết bị truyền thông Lý thuyết công nghệ 5G băng tần sử dụng nghiên cứu, chế tạo công nghệ Chương thứ hai trình bày lý thuyết lập trình di truyền, thiết kế anten vi dải áp dụng phương pháp lập trình di truyền Chương cuối trình bày kết tổng hợp tối ưu hóa anten vi dải cho công nghệ 5G MỤC LỤC MỞ ĐẦU TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 10 1.1 Khái niệm anten 10 1.2 Các thơng số đặc tính anten 12 1.2.1 Đồ thị xạ 12 1.2.2 Độ rộng búp sóng (Beamwidth) 12 1.2.3 Hệ số định hướng (Directivity) 13 1.2.4 Hệ số tăng ích (Gain) 14 1.2.5 Băng thông hay dải tần công tác anten (Bandwidth) 15 1.2.6 Đặc tính phân cực (Polarization) 16 1.2.7 Trở kháng vào anten (Imput Impedance) 16 1.3 Anten vi dải 17 1.3.1 Giới thiệu chung 17 1.3.2 Tính chất anten vi dải: 18 1.3.3 Phương pháp tiếp điện 19 1.3.4 Lý thuyết shorting-pin 22 1.4 Công nghệ 5G 28 1.5 Kết luận chương 32 CHƯƠNG 2: LẬP TRÌNH DI TRUYỀN TRONG THIẾT KẾ ANTEN 33 2.1 Giới thiệu thuật toán di truyền 33 2.2 Thuật tốn lập trình di truyền 35 2.2.1 Mơ hình cá thể 35 2.2.2 Khởi tạo cá thể 37 2.2.3 Lựa chọn 41 2.2.4 Tái tổ hợp đột biến 42 2.2 Triển khai lập trình di truyền vào lĩnh vực anten vi dải 44 2.3 Sơ đồ khối hệ thống Genetic Programming 60 2.4 Hệ thống thực mô 61 2.5 Kết luận chương 62 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 63 3.1 Thiết lâp hàm tối ưu cho phương pháp GP 63 3.2 Kết 64 3.3 Kết luận chương 66 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Búp sóng khơng gian ba chiều 13 Hình 1.2: Góc nửa cơng suất tỉ lệ dB 13 Hình 1.3: Hình dạng hệ số định hướng mặt phẳng hai chiều 14 Hình 1.4: Băng thơng anten 16 Hình 1.5: Miếng anten vi dải 17 Hình 1.6: Hình dạng đại diện anten vi dải 18 Hình 1.7: Các kiểu tiếp điện 19 Hình 1.8: Mạch điện tương đương với kiểu tiếp điện 20 Hình 1.9: Tiếp diện cáp đồng trục 21 Hình 1.10: Cấu trúc anten vi dải sử dụng shorting-pin cáp đồng trục để tiếp điện 22 Hình 1.11: Cấu trúc nhỏ phần tư bước sóng 23 Hình 1.12: Mạch điện anten dùng shorting-pin 26 Hình 1.13: Các dịch vụ cung cấp mạng IMT-2020 29 Hình 2.1: Cây cú pháp GP đại diện cho max (x + x, x + * y) 36 Hình 2.2: Đại diện có nhiều nhánh 36 Hình 2.3: Tạo đầy đủ có độ sâu tối đa 38 Hình 2.4: Tạo năm nút 39 Hình 2.5: Ví dụ trao đổi chéo 42 Hình 2.6: Ví dụ đột biến 44 Hình 2.7: Các phần tử hình chữ U 46 Hình 2.8: Các phần tử hình chữ L 47 Hình 2.9: Cách tạo phần tử chữ L thành cấu trúc 47 Hình 2.10: Ví dụ kiến trúc chương trình 48 Hình 2.11: Ví dụ cách làm việc union2 52 Hình 2.12: Ví dụ cấu trúc GP tạo anten 53 Hình 2.13: Ví dụ giải thích cú pháp 55 Hình 2.14: Ví dụ mơ tả đồ thị hệ số phản xạ anten 57 Hình 15 Chương trình GP 60 Hình 2.16: Mơ tả sơ đồ khối GP 61 Hình 3.1: Mặt anten thứ 64 Hình 3.2: Mặt nhìn ngang anten thứ 64 Hình 3.3: Mặt anten thứ hai 65 Hình 3.4: Mặt nhìn ngang anten thứ hai 65 Hình 3.5: Đồ thị tán S11 anten thứ Hình 3.1 66 Hình 3.6: Đồ thị tán S11 anten thứ hai Hình 3.3 66 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Cách tiếp cận tần số nhiều lớp cho kịch sử dụng 5G 31 Bảng 2.1: Các toán hạng cần thiết 52 Bảng 2.2: Thông số ban đầu cho GP 59 Bảng 2.3: Bảng cấu hình dùng mơ phịng chương trình GP 61 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Thuật ngữ tiếng anh Thuật ngữ tiếng việt GP Genetic Programming Lập trình di truyền GA Genetic Algorithm Thuật toán di truyền Teminal Thiết bị đầu cuối RF Radio Frequency Tần số vô tuyến HFSS High Frequency Structure Mô cấu trúc tần số cao Simulator IEEE Viện kỹ sư điện điện tử Institute of Electrical and Electronics Engineers Microstrip WLAN Wireless Vi dải Local Area Mạng cục không dây Network LTE Long-Term Evolution Tiến hóa dài hạn Generation Thế hệ Individual Cá thể Full method Phương pháp đầy đủ Population Quần thể Tournament selection Sự lựa chọn có tính cạnh tranh Conjugate Direct Gradient Thuật tốn gradient tìm kiếm Search Algorithm Trực tiếp qua đệ quy nút gốc hoãn đánh giá nút giá trị của (đối số) biết Nếu khơng có số tốn hạng có tác dụng phụ, hai đơn hàng tương đương Điều trình đệ quy sâu minh họa hình 2.13 Thuật tốn 2.2 đưa thực thi mã giả q trình giải thích Mật mã giả định chương trình biểu diễn dạng biểu thức tiền tố biểu thức coi danh sách thành phần Hình 2.13: Ví dụ giải thích cú pháp Như hình 2.13 mơ tả với teminal x biến có giá trị -1 Số bên phải nút thể kết đánh giá gốc nút Thuật tốn 2.1: Thuật tốn tính điểm fitness cho ví dụ Hình 2.13 proce dure: eval (expr) 1: if expr is a list then 2: proc = expr(1) {Non-terminal: extract root} 3: if proc is a function then 4: value = proc(eval(expr(2)), eval(expr(3)), ){Function: arguments} evaluate 55 5: 6: else value = proc(expr(2), expr(3), ) {Macro: don’t evaluate arguments} 7: 8: end if else 9: if expr is a variable or expr is a constant then 10: value = expr {Terminal variable or constant: just read the value} 11: else 12: value = expr() {Terminal 0-arity function: execute} 13: end if 14: end if 15: return value Lưu ý: expr biểu thức ký hiệu tiền tố, expr (1) đại diện cho toán tử gốc biểu thức, expr (2) đại diện cho đối số toán tử đó, expr (3) đại diện cho đối số thứ hai… Trong số vấn đề, quan tâm đến đầu tạo chương trình, cụ thể giá trị trả đánh giá gốc nút Trong vấn đề khác, quan tâm đến hành động thực chương trình bao gồm chức với tác dụng phụ Trong hai trường hợp fitness chương trình thường phụ thuộc vào kết tạo thực chương trình với nhiều đầu vào khác loạt điều kiện khác Ví dụ chương trình kiểm tra tất kết hợp có đầu vào x1, x2, , xN Ngồi ra, chương trình điều khiển robot thử nghiệm với robot số địa điểm bắt đầu thực Những trường hợp kiểm tra 56 khác thường đóng góp vào giá trị fitness chương trình tăng dần lý gọi trường hợp thể dục Một đặc điểm chung khác biện pháp fitness GP là, nhiều vấn đề thực tế, chúng đa mục tiêu, tức chúng kết hợp hai nhiều yếu tố khác thường cạnh tranh với Diện tích tối ưu hóa đa mục tiêu lĩnh vực nghiên cứu phức tạp tích cực GP Ta xét chức fitness nghiên cứu thiết kế antne dùng để đo mức độ thiết kế đáp ứng thông số kỹ thuật yêu cầu ban đầu Để đánh giá anten vi dải, điểm hiệu suất Cost (Chi phí) tính với hàm fitness đây, với giá trị thấp coi tốt hơn: if min(A) in center range fitness   S11[i]   0,200, otherwhise n i m (2.1) Với: m n phạm vi trung tâm tính từ thơng số kỹ thuật thiết kế Phạm vi từ m đến n biểu diễn dạng phạm vi hoạt động ăng ten theo thông số kỹ thuật người sử dụng Phạm vi trung tâm phạm vi nhỏ xấp xỉ tần số cộng hưởng -5 dB -10 -15 -20 -25 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Frequency (Ghz) 3.7 3.8 Hình 2.14: Ví dụ mơ tả đồ thị hệ số phản xạ anten 57 Và A mảng tạm thời lưu tất giá trị S11 từ m tới n Sau đó, giá trị tối thiểu hóa mảng A thuộc phạm vi trung tâm, fitness mơ hình anten đánh giá tốt so với anten khác Và cuối công thức đánh giá tính tốn đồ thị S11 mơ hình anten tương ứng với cá thể cần đánh giá Như hình 2.14 ví dụ đồ thị S11 đánh giá hàm fitness có giá trị fitness tính -1200 Bước Tham số điều khiển GP Bước chuẩn bị thứ tư định tham số điều khiển cho lần chạy Thơng số kiểm sốt quan trọng quy mơ quần thể Kiểm sốt tham số khác bao gồm xác suất thực hoạt động di truyền, kích thước tối đa cho chương trình với chi tiết khác hoạt động Không thể đưa khuyến nghị chung để thiết lập tối ưu giá trị tham số, chúng phụ thuộc nhiều vào chi tiết ứng dụng Tuy nhiên, lập trình di truyền thực tế mạnh, có khả nhiều giá trị tham số khác hoạt động Kết là, nhà nghiên cứu không cần thường dành thời gian dài điều chỉnh GP để hoạt động đầy đủ Người ta thường tạo ngẫu nhiên quần thể ban đầu cách sử dụng nửa ramped-half-and-half (Mục 2.2) với phạm vi độ sâu tới Kích thước ban đầu phụ thuộc vào số lượng chức (function), số lượng thiết bị đầu cuối (teminal) tính chất chức Tuy nhiên, phát triển tiến hóa nhanh chóng di chuyển quần thể xa phân phối ban đầu Theo truyền thống, 90% cá thể tạo trao đổ chéo Tuy nhiên, việc sử dụng hỗn hợp chéo 50-50 loạt đột biến hoạt động tốt Trong nhiều trường hợp, giới hạn quy mô quần thể thời gian thực để đánh giá điểm fitness không gian cần thiết để lưu trữ cá thể Theo nguyên tắc, người ta thích có quy mơ quần thể lớn hệ thống xử lý; thơng thường, quy mơ quần thể nên 500 người thường sử dụng quần thể lớn nhiều Thường lần xấp xỉ, thời gian chạy GP ước tính tích của: số lần chạy R, số lượng hệ G, kích thước cá thể P, kích thước trung bình chương trình s số trường hợp điểm fitness F 58 Trong trường hợp khác, ví dụ: Chẵn lẻ 22-bit, gần có nhiều liệu đào tạo Sau đó, chức thể dục giảm xuống sử dụng tập hợp liệu đào tạo Điều không thiết phải thực thủ cơng có số thuật toán tự động thay đổi thử nghiệm linh hoạt đặt làm GP chạy Thông thường ghi lại chi tiết bảng, chẳng hạn Bảng 2.2 Bảng 2.2: Thông số ban đầu cho GP Yêu cầu: Tìm cấu trúc anten chạy băng tần yêu cầu |S11| < - 10 Danh sách hàm Union, genSub, addSub, genPatch, L7, U9, addShort, genShort, toán hạng: Danh sách teminal: Kích thước anten, điểm đặt shorting pin Đánh giá điểm fitness: Công thức (2.1) để đánh giá anten chạy băng tần có điểm thấp Lựa chọn: Khi điểm fitness < -1000 Khởi tạo quần Sử dụng phương pháp ramped half-and-half (độ dài nhiều thể ban đầu: 7, 50% cá thể tạo phương pháp đầy đủ, 50% cá thể tạo phương pháp phát triển) Thông số: Số lượng cá thể: 15, 50% việc xảy trao đổi chéo, 25% tự tái tạo lại, 25% sử dụng phương pháp đột biến Độ sâu Chương trình Khi đạt đủ số lượng hệ 50 thốt: Thơng thường, số lượng hệ giới hạn khoảng từ 10 tới 50; tìm kiếm hiệu thường thực hệ đầu tiên, giải pháp tìm thấy sau đó, khơng thể tìm thấy 59 khoảng thời gian hợp lý Quy mô cá thể làm cho lớn tốt, có người đề nghị sử dụng nhiều lần chạy với số cá thể nhỏ nhiều thay Một số triển khai không yêu cầu giới hạn tùy ý kích thước Mặc dù vậy, phình to (khơng kiểm sốt tăng trưởng quy mơ chương trình lần chạy GP, thông thường áp đặt kích thước giới hạn độ sâu hai Đôi số lượng trường hợp fitness bị giới hạn số lượng liệu đào tạo có sẵn Trong trường hợp này, chức tính fitness nên sử dụng tất Bước Tìm điều kiện để chương trình Bước chuẩn bị thứ năm bao gồm việc xác định tiêu chí chấm dứt phương pháp định kết việc chạy Tiêu chí chấm dứt bao gồm số lượng hệ tối đa chạy tìm thỏa mãn yêu cầu Thông thường, cá thể tốt thu hoạch định kết chạy, người ta muốn trả lại cá thể liệu bổ sung thêm cần thiết thích hợp cho miền vấn đề Trong nghiên cứu này, luận văn sử dụng điều kiện kết thúc chương trình chương trình GP chạy hết hệ 2.3 Sơ đồ khối hệ thống Genetic Programming Chương trình bắt đầu khối lập trình di truyền cách khởi tạo quần thể ban đầu Tiếp theo cá thể GP mô tả lại mã kịch HFSS để chạy HFSS cách tự động Hình 2.16 mơ tả sơ đồi khối hệ thống GP Kết thu hệ số phản hồi |S11| hệ số đánh giá qua hàm fitness Các cá thể anten đánh giá xem đủ điều kiện để tiếp tục chương trình hay khơng Nếu khơng chương trình tiếp tục chạy xuống khối tốn tử di truyền tạo cá thể anten Từ đó, lặp lại q trình ban đầu Nếu thỏa mãn chương trình kết thúc Để có kết mong muốn từ chương trình máy tính, bước chuẩn bị sơ sau cần xác định trước thực hiện: kiến trúc chương trình, chức năng, thiết bị đầu cuối, chức tập thể dục tiêu chí chấm dứt Ngồi ra, phương pháp để khởi tạo dân số toán tử GP xác định Tất điều minh họa chi tiết 60 Khối lập trình di truyền Khối HFSS Khởi tạo quần thể ban đầu (Bắt đầu chương trình) Kết thúc chương trình Có Tạo mã kịch HFSS Mơ Trường điện từ Xét điều kiện HFSS EM Simulator Tính điểm fitness (Hệ số phản hồi |S11|) Không Sử dụng toán tử di truyền để tạo quần thể (trao đổi chéo, đột biến) Hình 2.16: Mơ tả sơ đồ khối GP 2.4 Hệ thống thực mơ Hệ thống để chạy chương trình GP thực laptop có cấu hình CPU nhân luồng i5 3320M, RAM 4Gb thể cụ thể Bảng 2.3 Bảng 2.3: Bảng cấu hình dùng mơ phịng chương trình GP Thiết bị Thơng số Processor Intel(R) Core(TM) i5-3320M CPU @ 2.60 GHz RAM 4096MB RAM GPU Intel HD Graphics Family Ổ cứng 180 GB SSD Hệ điều hành Windows 10 Pro 64-bit (10.0, Build 17134) ngơn ngữ lập trình Ngơn ngữ lập trình Python Để đảm bảo tính ổn định, chương trình GP xây dựng ngơn ngữ lập trình Python hệ điều hành windows 10 61 2.5 Kết luận chương Ở chương 2, phần luận văn trình bày cách xây dựng chương trình di truyền Ở phần thứ hai, luận văn đưa sơ đồ khối chương trình lập trình để thiết kế anten Bên cạnh đó, cấu hình dùng để mô đưa phần cuối chương Chương trình tự động thiết kế tối ưu anten thuật tốn genetic programming trình bày hồn chỉnh Chương trình coi công cụ dùng cho thiết kế anten tự động với không gian thiết kế phù hợp cho kĩ sư thiết kế Chỉ cần có liệu đầu vào anten kích thước, băng thơng dải tần hoạt động chương trình tự động tổng hợp, tối ưu đưa kết tốt phù hợp Chương trình giải vấn đề khơng địi hỏi q nhiều kinh nghiệm người dùng lĩnh vực tối ưu anten, khơng địi hỏi thao tác q trình tối ưu Chương trình giám sát lúc quan trọng giảm đáng kể cho việc ngồi trước máy tính Việc tự động hố cơng việc cần thiết để nâng cao hiệu suât làm việc 62 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Trong chương 3, cấu trúc anten kết mơ sử dụng chương trình tối ưu dựa phương pháp di truyền trình bày, cấu trúc anten thu sau tối ưu phương pháp GP đưa để so sánh bàn luận Yêu cầu thiết kế anten Anten tự cấu hình Các mẫu anten tạo có hình dạng đột phá, lạ Dải tần hoạt động: 3.45 – 3.5 GHz Phương pháp tiếp điện: sử dụng shorting-pin tiếp điện cáp đồng trục (50 Ω) Chương trình lập trình tạo hai mơ hình anten vi dải có khả hoạt động dải tần cho cơng nghệ 5G, với kích thước hai chiều nhỏ 30 mm 3.1 Thiết lâp hàm tối ưu cho phương pháp GP Hàm tối ưu (hàm đánh giá) chương trình tối ưu phương pháp di truyền quan trọng Tại đây, liệu sau thu thập từ phần mềm mô kích thước anten, kết đồ thị |S 11|, trở kháng điểm tiếp điện anten ứng với dải tần yêu cầu, tăng ích anten,… gửi đến hàm đánh giá 𝐹𝑐𝑜𝑠𝑡 để thực phần đánh giá anten có đạt yêu cầu thiết kế đưa trước hay khơng Những anten có giá trị đánh giá cao qua hàm 𝐹𝑐𝑜𝑠𝑡 chọn lọc để đưa vào vòng tối ưu chương trình di truyền Từ thấy rõ ràng, hệ sau chương trình di truyền, đặc tính anten tạo cải thiện hội tụ đến yêu cầu thiết kết đặt Hàm đánh giá 𝐹𝑐𝑜𝑠𝑡 biểu diễn sau: 𝐹𝑐𝑜𝑠𝑡 = 𝐵1 + 𝑍1 , đó, 𝐵1 biểu diễn lượng băng thơng anten dải tần quan tâm đến (3.45 – 3.5 GHz), 𝑍1 biểu diễn trở kháng đặc tính điểm tiếp điện anten 63 3.2 Kết Sau tối ưu, hai hình dạng anten chọn Hình 3.1-3.4, Hình 3.1 3.3 hình dáng mặt anten, Hình 3.2 3.4 biểu diễn tương ứng mặt nhìn ngang anten Các anten nằm patch có kích thước 30 × 30 mm, điểm tiếp điện hai anten vị trí khác ứng với vị trí phối hợp trở kháng anten Các anten sử dụng đế điện môi FR4 Trong trường hợp , chương trình GP yêu cầu thiết kế anten hoạt động băng tần 3.45 - 3.5 GHz sử dụng shorting-pin Kích thước anten thứ 1: 23.2x25.1x1.47 (mm) Kích thước anten thứ 2: 26.69x24.326x0.87 (mm) Hình 3.1: Mặt anten thứ Hình 3.2: Mặt nhìn ngang anten thứ 64 Hình 3.5 3.6 cho ta thấy dải tần hoạt động tương ứng với anten Hình 3.1 3.2 Anten thứ có dải tần hoạt động từ 3.38 – 3.51 GHz, anten thứ hai hoạt động từ 3.44 – 3.51 GHz Hình 3.3: Mặt anten thứ hai Hình 3.4: Mặt nhìn ngang anten thứ hai Mặc dù anten thứ có dải tần rộng hơn, nhiên phối hợp trở kháng cho thấy anten thứ hai hoạt động tốt dải tần yêu cầu đặt 3.45 – 3.5 GHz Tại dải tần yêu cầu này, giá trị S11 anten thứ thu -20 dB, S11 anten thứ hai -30 dB Điều cho thấy anten thứ hai hoạt động dải tần yêu cầu tốt anten thứ nhất, đưa tới lựa chọn hình dạng cuối anten để chế tạo 65 Hình 3.5: Đồ thị tán S11 anten thứ Hình 3.1 Hình 3.6: Đồ thị tán S11 anten thứ hai Hình 3.3 3.3 Kết luận chương Chương 3, luận văn trình bày trường hợp để kiểm tra chương trình có khả tạo tổng hợp anten thỏa mãn yêu cầu đầu vào hay không Kết thu anten hoạt động tốt dải tần mong muốn Có thể nói phương pháp thiết kế anten dựa thuật toán tiến hóa có lợi cho nhà nghiên cứu kỹ sư Điểm cốt lõi phương pháp chương trình hồn tồn tự động, việc đưa thông số kỹ thuật anten chương trình tạo anten đầu vào ta yêu cầu Mặc dù, dự án dừng lại đánh giá tham số trở kháng vào (S11) anten, tham số quan trọng khác hướng xạ độ tăng ích anten cần đưa vào chương trình để tạo anten hồn chỉnh Những cơng đoạn hướng nghiên cứu tương lai 66 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Với kỹ sư hay nhà nghiên cứu, họ quen với việc thiết kế anten từ lý thuyết kinh nghiệm thực tế Tuy nhiên, cách thiết kế thực phương pháp trí tuệ nhân tạo Trong dự án ngiên cứu này, đề tài đề cập tới việc thiết kế anten dựa phương pháp lập trình di truyền Cách làm cho phép giảm thiểu thời gian tối ưu cho tham số anten mà thu nguyên mẫu cho csc thông số kỹ thuật Mặt khác, mẫu anten tạo có hình dạng đột biến lạ Điều công việc nghiên cứu quan trọng, cho phép nhà nghiên cứu tìm cấu trúc anten, từ đưa nghiên cứu tiêu chuẩn đột phá Trong trình nghiên cứu tìm hiểu đề tài, tơi có nhìn tổng quan cụ thể thiết kế chế tạo anten nói chung, đặc biệt kiến thức chế tạo anten vi dải, tin kỹ thuật có nhiều ứng dụng tương tự đề tài thiết kế anten khác Những kết đạt qua đề tài sau: Luận văn trình bày chương trình di truyền để tạo tự động hai cấu trúc anten có tính chất đột phá, lạ hoạt động dải tần mong muốn đặc biệt dải tần hoạt động công nghệ 5G Tuy nhiên, hạn chế thời gian sở vật chất chương trình cịn số số nhược điểm sau Nhược điểm thứ chương trình GP chưa thể đánh giá thơng số độ tăng ích cấu trúc anten Nhược điểm thứ hai chương trình GP cịn phụ thuộc nhiều vào thời gian tìm kiếm giá trị |S11| phần mềm HFSS Chương trình GP nhiều thời gian tìm kiếm cấu trúc anten Hướng phát triển: tương lai, chương trình GP nâng cấp để đánh giá tối ưu độ tăng ích Đồng thời, chương trình di truyền đề xuất cách kết hợp thêm khối tối ưu anten (thuật toán gradient tìm kiếm trực tiếp) để giảm thời gian tìm kiếm cấu trúc anten cách đáng kể so với chương trình GP luận văn trình bày 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thuan Bui Bach, Linh Ho Manh, Kiem Nguyen Khac, Michele Beccaria, Andrea Masaccesi and Riccardo Zich, Evolved Design of Microtrip Patch Antenna by Genetic Programming, IEEE Xplore, 24 October 2019 [2] Riccardo Poli and William B Langdon, Nicholas F McPhee, A Field Guide to Genetic Programming, 2008 [3] Thái Hồng Nhị, Trường điện từ truyền sóng anten, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2006 [4] Phan Anh, Lý thuyết kĩ thuật anten, NXB Khoa học kĩ thuật Kĩ thuật, 2007 [5] Linh Ho Manh, Nguyen Khac Kiem, and Chien Dao Ngoc, Parallel computing in PSO for antenna design, Progress In Electromagnetics Research Symposium Abstracts, Toyama, Japan, 1-4 August, 2018, pp 203-204 [6] U.S Marine Corps, Field Antenna Handbook [7] C H Tsao, Y M Hwang, F Kilburg and F Dietrich, "Aperture-Coupled Patch Antennas with Wide-Bandwidth and Dual Polarization Capabilities" [8] J T Aberle and F Zavosh, "Analysis of Probe-Fed Circular Microstrip Patches Backed by Circular Cavities," Electromagnetics, vol 14, p 239– 258, 1994 [9] J R Koza, Genetic Programming: On the Programming of Computers by Means of Natural Selection Cambridg, MA, USA: MIT Press, 1992 [10] M P Purchine and J T Aberle, "A Tunable L-Band Circular Microstrip Patch Antenna," Microwave Journal, pp 80, 84, 87, and 88, 1994 68 ... hệ công nghệ 5G Luận văn ? ?Nghiên Cứu Tái Cấu Trúc Ăng Ten Vi Dải Cho Công Nghệ 5G Dựa Trên Hướng Lập Trình Di Truyền? ?? trình bày gồm chương: Chương giới thiệu chung anten, đặc tính anten anten vi. .. Ăng Ten Vi Dải Cho Công Nghệ 5G Dựa Trên Hướng Lập Trình Di Truyền? ?? này, tơi nghiên cứu đưa hai cấu trúc anten kết mô sử dụng chương trình dựa phương pháp di truyền trình bày, cấu trúc anten thu... Anten vi dải hình chữ nhật Anten vi dải hình vng Anten vi dải hình trịn Anten vi dải hình elip Anten vi dải hình tam giác Anten vi dải hình vịng trịn Hình 1.6: Hình dạng đại di? ??n anten vi dải