저비용, 로우 프로파일 설계 및 우수한 빔 조정 기능을 갖춘 Ka 대역 메타표면 안테나는 위성 통신 분야에서 상당한 잠재력을 보여줍니다.그러나 제한된 위성 자원의 제약과 Ka 대역 주파수의 상당한 대기 손실로 인해 이러한 안테나는 광각 빔 스캐닝 기능과 높은 안테나 이득을 달성해야 하므로 설계가 상당히 복잡해집니다.

다기능, 고효율 메타안테나의 설계를 달성하기 위해서는최적화수많은 매개변수가 포함되어 계산 리소스 사용과 최적화 시간이 크게 늘어납니다.최적화 속도를 향상시키면서 게인 및 스캐닝 각도와 같은 여러 최적화 목표의 균형을 맞추는 중요한 문제를 해결하는 것은 여전히 ​​​​핵심 과제로 남아 있습니다.디자인 과정.

메타 안테나 설계의 이러한 과제를 해결하기 위해 중국 전자 과학 기술 대학, 통지 대학 및 홍콩 시립 대학의 연구원들이 광범위한 협력을 통해 힘을 합쳤습니다.

그들은 메타광학 분야의 오랜 전문 지식을 활용하여 PA-PSO(Physics-Assisted Particle Swarm Optimization) 알고리즘을 기반으로 하는 Ka 대역 메타 안테나 설계 방법을 제안했습니다.이 방법을 사용하여 Ka 밴드 메타 안테나를 설계하고 제작했습니다.연구는출판됨일지에광전자 과학.

본 논문에서 제안하는 안테나는 PA-PSO 알고리즘을 이용하여 설계하였다.기존 PSO 알고리즘과 비교하여 PA-PSO 알고리즘의 입자 최적화 방향은 변형 방법에서 파생된 극한 조건에 따라 결정됩니다.이는 계산 시간을 줄일 뿐만 아니라 차선의 설계를 찾을 가능성도 줄여줍니다.

최종 최적화 결과는 PA-PSO 알고리즘으로 달성한 상대 강도가 ​​94.62806임을 나타냅니다. 이는 기존 PSO 알고리즘으로 달성한 상대 강도 94.62786과 비슷합니다.그러나 PA-PSO 알고리즘의 계산 비용은 상당히 낮습니다.기존 PSO 알고리즘에는 4100번의 반복이 필요한 반면, 단 650번의 반복 후에 최적 상태에 도달합니다.

이는 PA-PSO 알고리즘의 계산 시간이 PSO 알고리즘의 1/6 미만임을 의미합니다.따라서 PA-PSO 방법은 입자 떼를 보다 효율적으로 안내하여 계산 시간을 줄여 복잡한 다변량 및 다중 목적 최적화 문제를 해결하는 데 중요한 도구가 됩니다.

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PA-PSO에 의해 최적화된 위상 분포를 기반으로 합니다.연산, 팀은 초점 거리 22mm, 대각선 길이 110mm, 두께 1.524mm에 불과한 육각형 메타 안테나 샘플을 설계 및 제작했습니다.

안테나의 f값은 0.2에 불과하고, 빔 스캐닝 각도는 ±55°, 최대 이득은 21.7dBi, 이득 평탄도는 4dB 이내입니다.넓은 스캐닝 각도, 컴팩트한 디자인, 높은 전송 이득을 갖춘 이 혁신적인 육각형 메타 안테나는 위성 통신 응용 분야에 엄청난 잠재력을 보여줍니다.레이더 시스템, 5G 네트워크, 사물 인터넷 등 다양한 분야가 있습니다.

추가 정보:Shibin Jiang 등, 물리 보조 입자 군집 최적화(PA-PSO) 알고리즘으로 강화된 Ka-Band 금속 렌즈 안테나,광전자 과학(2024).DOI: 10.29026/oes.2024.240014

제공자:컴팩트립(Compuscript Ltd)