طراحی آنتن معکوس پذیر مایکرواستریپ بهینه مبتنی بر شبکه عصبی کانولوشنی(CNN) و الگوریتم بهینه سازی گروه ذرات (BPSO)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی برق، واحد بیضا، دانشگاه آزاد اسلامی، بیضا، ایران

2 گروه مهندسی کامپیوتر، واحد بیضا، دانشگاه آزاد اسلامی، بیضا، ایران.

3 گروه مهندسی کامپیوتر، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران.

4 گروه مهندسی عمران، واحد بیضا، دانشگاه آزاد اسلامی، بیضا، ایران.

چکیده
در این پژوهش یک روش طراحی معکوس جدید به منظورطراحی آنتن های مایکرواستریپ ارائه شده است که مدل سازی پیکسلی آنتن شبکه عصبی کانولوشنی (CNN)و الگوریتم بهینه سازی گروه ذرات دودویی(BPSO) را با یکدیگر ترکیب تا فرآیند تولید ساختار آنتن بر اساس مشخصات عملکردی مورد نظر به صورت خودکار انجام شود. این چارچوب از یک روند ساده و منظم پیروی میکند. ابتدا بخش فرستنده امواج آنتن به یک ماتریس دودویی 10×10 تبدیل تا امکان جست و جو در بخش های طراحی ترکیبی فراهم گردد. سپس یک شبکه عصبی کانولوشنی با استفاده از 150هزار داده شبیه سازی شده آموزش داده می شود تا به عنوان جایگزینی سریع برای شبیه سازی های زمان بر الکترومغناطیسی پارامتر های پراکندگی را پیش بینی کند. در ادامه با استفاده از یک تابع برازندگی وضعیت پیکسل ها BPSO الگوریتم را با ضریب اطمینان بالا بهینه و ضریب بازتاب در فرکانس های هدف به حداقل برسد. نمایش بخش فرستنده امواج انتن به صورت پیکسل های دودویی فضای طراحی گسترش می دهد و نقاط ضعف ناشی از طراحی دستی مبتنی بر آزمون و خطا را برطرف می کند . نتایج مقایسه با الگوریتم ژنتیک GA و الگوریتم بازخورد شبیه سازی شده SA نشان می دهد که چارچوب BPSO-CNN دارای سرعت همگرایی بیشتر و خطای کمتر در مقدار ضریب تلفات در فرکانس های هدف است . این پژوهش علاوه بر توسعه روش های هوشمند طراحی آنتن یک الگوی مقیاس پذیر برای بهینه سازی خودکار تجهیزات الکترومغناطیسی اراعه می دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Design of an optimal reversible microstrip antenna based on convolutional neural network (CNN) and particle swarm optimization (BPSO) algorithm

نویسندگان English

Gohar Varamini 1
Yaser Nemati 2
Amin Eskandari 3
Gholamreza Saeedifar 4
1 Department of Electrical Engineering, Bey. C., Islamic Azad University, Beyza, Iran
2 . Department of Computer Engineering, Bey.C., Islamic Azad University, Bayza, Iran.
3 . Department of Computer Engineering, Shi.C, Islamic Azad University, Shiraz, Iran.
4 . Department of Civil Engineering, Bey.C., Islamic Azad University, Bayza, Iran.
چکیده English

In this study, a novel inverse design method for microstrip antenna design is proposed that combines convolutional neural network (CNN) pixel-based antenna modeling and binary particle swarm optimization (BPSO) algorithm to automate the process of generating antenna structures based on desired performance specifications. The framework follows a simple and systematic procedure. First, the antenna transmitter section is converted into a 10×10 binary matrix to enable searching of the combined design sections. Then, a convolutional neural network is trained using 150,000 simulated data to predict the scattering parameters as a fast alternative to time-consuming electromagnetic simulations. Next, using a pixel state fitness function, the BPSO algorithm is optimized with high confidence and the reflection coefficient at the target frequencies is minimized. Representing the antenna transmitter as binary pixels expands the design space and overcomes the weaknesses of manual trial-and-error design. The results of comparison with the genetic algorithm GA and the simulated feedback algorithm SA show that the BPSO-CNN framework has a faster convergence speed and less error in the loss coefficient value at target frequencies. In addition to developing intelligent antenna design methods, this research provides a scalable model for automatic optimization of electromagnetic equipment.

کلیدواژه‌ها English

"
Microstrip Antenna"
Convolutional Neural Network"
(PSO) Optimization"
Binary Particle Swarm"
, "
Inverse Design"
دوره 4، شماره 2
تابستان 1404
صفحه 130-152

  • تاریخ دریافت 05 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری 20 تیر 1404
  • تاریخ پذیرش 08 آذر 1404