Поделиться
Ученые МФТИ придумали алгоритм, ускоряющий создание антенн в сотни раз
Новый метод сокращает процесс проектирования патч-антенн для различных задач с недель до нескольких часов. Внедрение технологии в разы ускорит и удешевит производство антенн для Wi-Fi, телефонов спутников и дронов. Об этом CNews сообщили представители МФТИ.
Патч-антенна — это тонкая легкая антенна, которая широко используются в компактных устройствах: мобильных телефонах, планшетах, спутниках и беспилотных летательных аппаратах. По сути, это металлическая пластина на диэлектрической подложке.
Оптимизация геометрических параметров элементов антенны (прямоугольников, окружностей, зазоров) — сложный процесс, требующий баланса между электромагнитными характеристиками. Чтобы его найти, ученые проводят тысячи математических итераций на протяжении нескольких недель. Это замедляет процесс производства патч-антенн и повышает итоговую стоимость.
Обычно для этого применяют стохастические алгоритмы. Они ищут оптимальное решение методом проб и ошибок, постепенно находя все более удачные подходы. Многие из них буквально копируют природные процессы, например, генетические алгоритмы, где лучшие решения «выживают» и передают свои «гены».
Новый алгоритм ученых МФТИ решает эту задачу в сотни раз быстрее. Он использует не «удобные» для расчета фигуры, а сам "придумывает" необходимую форму используя бинарное кодирование и суррогатную оптимизацию.
Так вместо постоянных дорогостоящих вычислений, метод использует «тренировочную модель» — упрощенный двойник основной задачи. Экономя время, она постоянно ищет перспективные решения, а когда находит, проверяет его расчетом в настоящей модели. Так с каждым циклом модель становится точнее, а решения — лучше.
«Вместо того чтобы сразу подбирать сложную конфигурацию, наш алгоритм сначала представляет цельную металлическую пластину (1), а затем последовательно вырезает в ней прямоугольные области (о) и во время этого анализирует, как каждое изменение влияет на характеристики всей антенны. Такой подход резко снижает вычислительную нагрузку, поскольку на каждом шаге оптимизируется лишь небольшое число параметров, а не вся структура сразу», — сказал Максим Артюшкин, техник отдела прикладных исследований и разработок перспективных решений сотовой связи МФТИ.
Ученые уже протестировали метод в программах FEKO и pSeven на примерах трех типов антенн. Им удалось вычислить топологию: простой патч-антенны на 10 ГГц за 109 итераций оптимизации, двухдиапазонной — за 586 итераций, а всенаправленной на 1.9 ГГц — за 99 итераций.
Классические методы для проектирования аналогичных антенн требуют тысяч итераций.
Новый метод адаптируется для проектирования антенн, выполняющих разные задачи: от бытовых Wi-Fi роутеров до сложных решений для БПЛА и спутниковой связи. При этом он сочетает высокую скорость разработки, надежность и низкую стоимость продукта.
Короткая ссылка
