Усовершенствованная антенна

Антенна космического корабля НАСА ST5 2006 года . Эта сложная форма была найдена программой эволюционного компьютерного проектирования для создания наилучшей диаграммы направленности.

В радиосвязи развитая антенна — это антенна, полностью или по существу спроектированная с помощью программы автоматического компьютерного проектирования, которая использует эволюционный алгоритм , имитирующий дарвиновскую эволюцию . Эта процедура использовалась с начала 2000-х годов для проектирования антенн для критически важных приложений, требующих строгих, противоречивых или необычных требований к конструкции, таких как необычные диаграммы направленности , для которых ни один из многих существующих типов антенн не подходит.

Процесс

Компьютерная программа начинается с простых форм антенн, затем добавляет или изменяет элементы полуслучайным образом, чтобы создать ряд новых возможных форм антенн. Затем они оцениваются, чтобы определить, насколько хорошо они соответствуют проектным требованиям, и для каждого вычисляется численная оценка. Затем, на этапе, аналогичном естественному отбору , часть антенн-кандидатов с наихудшими оценками отбрасывается, оставляя меньшую популяцию конструкций с наивысшими оценками. Используя эти антенны, компьютер повторяет процедуру, генерируя последовательную популяцию (с использованием таких операторов, как мутация , кроссовер и отбор ), из которой выбираются проекты с более высоким рейтингом. После ряда итераций оценивается совокупность антенн и выбирается конструкция с наивысшей оценкой. Полученная в результате антенна часто превосходит лучшие конструкции, созданные вручную, поскольку она имеет сложную асимметричную форму, которую невозможно было получить с помощью традиционных методов ручного проектирования.

Первые усовершенствованные конструкции антенн появились в середине 1990-х годов в результате работ Михильсена, Альтшулера, Линдена, Хаупта и Рахмат-Сами. Большинство практиков используют метод генетических алгоритмов или некоторые его варианты для разработки конструкций антенн.

Примером усовершенствованной антенны является антенна X-диапазона , разработанная для миссии НАСА 2006 года под названием Space Technology 5 (ST5). Целью миссии была демонстрация инновационных технологий, которые можно будет использовать в будущих космических миссиях. Каждый спутник имел две антенны связи для связи с наземными станциями — усовершенствованную антенну необычной конструкции и более стандартную четырехзаходную спиральную антенну. Первый был разработан для удовлетворения сложного набора требований миссии, в частности, сочетания широкой ширины луча для волны с круговой поляризацией и широкой полосы импеданса для покрытия частот восходящей и нисходящей линии связи в X-диапазоне. Обе антенны были изготовлены Лабораторией физических наук Университета штата Нью-Мексико . пенопластовый обтекатель Их внешний вид был по существу идентичен: излучающие элементы закрывал . Миссия ST5 успешно стартовала 22 марта 2006 года и проработала весь период миссии, прежде чем была выведена из эксплуатации НАСА, поэтому эта усовершенствованная антенна представляет собой первый в мире искусственно созданный объект, летающий в космосе. Другие усовершенствованные антенны впоследствии использовались в « Исследователе лунной атмосферы и пылевой среды». космический корабль.

Внешние ссылки

• [1] в Исследовательском центре Эймса НАСА.
• Доклад, представленный Лоном, Хорнби и Линденом на семинаре по теории генетического программирования в 2004 году .