Ka バンド メタサーフェス アンテナは、低コスト、薄型設計、優れたビーム ステアリング機能を備えており、衛星通信の分野で大きな可能性を示しています。ただし、限られた衛星リソースと Ka バンド周波数での重大な大気損失の制約により、これらのアンテナは広角ビーム走査機能と高いアンテナ利得を達成する必要があり、設計がかなり複雑になります。

多機能かつ高効率なメタアンテナの設計を実現するために、最適化多数のパラメータが関係するため、計算リソースの使用量と最適化時間が大幅に増加します。最適化速度を向上させながら、ゲインやスキャン角度などの複数の最適化目標のバランスを取るという重要な問題に対処することは、依然として重要な課題です。設計プロセス。

メタアンテナ設計のこれらの課題に対処するために、中国電子科学技術大学、同済大学、香港城市大学の研究者が協力して広範な協力を行っています。

彼らは、メタ光学分野における長年の専門知識を活用して、物理支援粒子群最適化 (PA-PSO) アルゴリズムに基づく Ka バンド メタ アンテナ設計手法を提案しました。この方法を使用して、彼らはKaバンドメタアンテナを設計および製造しました。研究というのは、出版された日記で光電子科学。

この論文で提案されているアンテナは、PA-PSO アルゴリズムを使用して設計されています。従来の PSO アルゴリズムと比較して、PA-PSO アルゴリズムにおける粒子の最適化方向は、変分法から導出された極値条件によって導かれます。これにより、計算時間が短縮されるだけでなく、次善の設計が見つかる可能性も減ります。

最終的な最適化された結果は、PA-PSO アルゴリズムによって達成される相対強度が 94.62806 であることを示しており、これは従来の PSO アルゴリズムによって達成される相対強度 94.62786 に匹敵します。ただし、PA-PSO アルゴリズムの計算コストは​​大幅に低くなります。従来の PSO アルゴリズムでは 4100 回の反復が必要ですが、わずか 650 回の反復で最適な状態に到達します。

これは、PA-PSO アルゴリズムの計算時間が PSO アルゴリズムの計算時間の 6 分の 1 未満であることを意味します。したがって、PA-PSO 法は粒子群をより効率的に誘導して計算時間を短縮できるため、複雑な多変量および多目的の最適化の課題に対処するための重要なツールになります。

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PA-PSOによって最適化された位相分布に基づくアルゴリズム研究チームは、焦点距離 22 mm、対角長 110 mm、厚さわずか 1.524 mm の六角形のメタアンテナ サンプルを設計および製作しました。

このアンテナの f ナンバーはわずか 0.2、ビーム走査角度は±55°、最大ゲインは 21.7 dBi、ゲイン平坦性は 4 dB 以内です。この革新的な六角形メタアンテナは、広い走査角、コンパクトな設計、高い送信利得を備えており、衛星通信におけるアプリケーションに大きな可能性を示します。レーダーシステム、5G ネットワーク、モノのインターネットなど、多くの分野が含まれます。

詳細情報:Shibin Jiang et al、物理支援粒子群最適化 (PA-PSO) アルゴリズムを活用した Ka バンド メタレンズ アンテナ、光電子科学（2024年）。DOI: 10.29026/oes.2024.240014

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