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基于改进的遗传算法的圆柱共形微带天线阵的优化的开题报告
一、研究背景和意义
随着现代通信技术的发展，微带天线越来越被广泛地应用于无线通信、雷达成像、卫星通信等领域。而微带天线阵因其具有小型化、低剖面、易集成等特点，在构建高性能的天线系统中的研究一直备受关注。其中，圆柱共形微带天线阵因其外形美观、易于安装、阻抗匹配等特点在实践中被广泛使用，因此对其优化设计的研究势在必行。
传统的设计方法主要是采用经验式和尝试法，且精度较低，设计缺乏高效性和系统性。在此情况下，优化算法的出现为微带天线的优化提供了一种新的思路和方法。遗传算法(generalizedalgorithm，GA)是一种生物启发式算法，在全局寻优领域中已经得到了广泛应用。通过改进的遗传算法来优化圆柱共形微带天线阵，可以提高设计效率、缩短设计周期，并且能够得到更加合理和优化的设计结果。
二、研究内容和目标
本文旨在基于改进的遗传算法，对圆柱共形微带天线阵的优化进行研究。具体而言，研究将围绕以下内容展开：
1.建立圆柱共形微带天线阵的数学模型：基于Maxwell方程和数值方法建立适合该天线阵的数学模型，包括几何形状、电学参量等。
2.确定适当的遗传算法参数：运用改进的遗传算法，包括编码、适应度函数、交叉、变异等方法进行优化设计，并通过试验调试确定合适的参数设置。
3.对圆柱共形微带天线阵进行优化设计：根据以上建立的数学模型和适当的遗传算法参数，对天线阵的几何形状、电学参量进行优化设计。设计要求为：保持阵列中每个阵列单元达到预定的频率响应，提高阵列方向图的峰值增益和辐射效率。
4.对优化结果进行模拟和分析：利用电磁模拟软件对所得优化结果进行模拟分析，包括阵列单元的阻抗匹配、方向图和辐射效率的测试，以验证设计的有效性和符合设计要求。
三、研究方法
1.建立圆柱共形微带天线阵的数学模型：通过Maxwell方程和数值方法建立适合该天线阵的数学模型。在模型建立中，要考虑到天线阵的几何形状和电学性能等。其中，几何形状的特点包括导体层的形状、大小等，电学性能主要包括阵列单元的特性及其相互的耦合等。
2.遗传算法的优化设计：采用改进的遗传算法对圆柱共形微带天线阵进行优化设计。在算法设计中，要考虑到编码方法的选择、适应度函数的设定、交叉和变异方法的改进等。针对编码方式，最简单的方法是将设计变量转化为二进制数，但这种方法会在变量中产生大量的0和1，同时难以处理实数型参数。因此，研究中应当选用更加合理的编码方法，如浮点数编码等。对于适应度函数设定，要考虑到调整方向图，提高辐射效率和达到指定的工作频率等方面。同时，为了避免早熟现象的发生，应该运用交叉和变异等方法对优化算法进行改进。
3.对优化结果进行模拟和分析：使用一款电磁模拟软件，如CSTMicrowaveStudio等，对所得的优化结果进行模拟和分析，主要包括阵列单元的阻抗匹配、方向图和辐射效率的测试等。
四、研究计划和进度
本研究计划于2021年6月开始，预计在2022年6月完成。
研究进度安排如下：
1.熟悉圆柱共形微带天线阵的理论知识，对相关文献进行综述调研。预计用时1个月。
2.基于数值方法建立天线阵的数学模型，计算其电学参量。预计用时2个月。
3.运用改进的遗传算法进行天线阵的优化设计，包括参数的优化和算法的调试。预计用时3个月。
4.对所得优化结果进行模拟测试和分析，验证设计的有效性。预计用时2个月。
5.撰写毕业论文并进行答辩。预计用时2个月。
五、预期成果和贡献
1.基于改进的遗传算法对圆柱共形微带天线阵进行优化的有效方法和手段；
2.对圆柱共形微带天线阵的优化设计结果，包括阵列中每个阵列单元的优化参数、阵列方向图和辐射效率的测试等；
3.关于优化设计方法和电磁应用等方面的实际经验和深入研究，为其在应用与推广提供了借鉴和参考。