طراحی آنتن پچ آرایه ای با گین بالا برای کاربردهای با دمای زیاد
/۰ دیدگاهها/در مقالات پژوهشی /توسط karanAdminآنالیز پورت آنتن با متلب
/۰ دیدگاهها/در مقالات پژوهشی /توسط karanAdminاین مثال پارامترهای آنتن ترمینال را با توجه به درگاه آنتن تعیین می کند. آنتن یک شبکه یک پورت است. پورت آنتن یک مکان فیزیکی روی آنتن است که منبع rf به آن متصل است.
پارامترهای پورت آنتن :
امپدانس آنتن
ضریب بازگشت
پارامترهای s
vswr
در این مثال از یک آنتن مسطح معکوس f (pifa) استفاده می شود ، تجزیه و تحلیل محاسباتی مربوطه را انجام می دهیم و تمام پارامترهای آنتن ترمینال ذکر شده در بالا را بدست می آوریم .
ایجاد آنتن F معکوس
هندسه پیش فرض را برای آنتن pifa ایجاد کنید. نقطه قرمز (کوچک) روی ساختار آنتن در شکل زیر ، مکان نقطه تغذیه است که در آن یک ژنراتور ولتاژ ورودی اعمال می شود. این پورت آنتن است. در جعبه ابزار آنتن، همه آنتن ها توسط یک سیگنال ولتاژ هارمونیک زمان با دامنه ۱ ولت در پورت تحریک می شوند. پورت باید دو هادی مجزا را به هم متصل کند. دارای عرض بی نهایت کوچک است.
ant = invertedF;
show(ant);
![](https://www.karanmachine.com/wp-content/uploads/2024/02/atx_port_analysis_01.jpg)
امپدانس
برای رسم امپدانس آنتن، باند فرکانسی را مشخص کنید که داده ها باید روی آن با استفاده از تابع امپدانس رسم شوند. امپدانس آنتن به عنوان نسبت ولتاژ فاز (که به سادگی ۱ است) و جریان فازور در پورت محاسبه می شود.
freq = linspace(1.5e9, 2.0e9, 51);
figure;
impedance(ant, freq);
![](https://www.karanmachine.com/wp-content/uploads/2024/02/atx_port_analysis_02.jpg)
نمودار بخش واقعی امپدانس، یعنی مقاومت و همچنین بخش موهومی آن، یعنی راکتانس را در کل باند فرکانسی نشان می دهد. فرکانس تشدید آنتن به عنوان فرکانسی تعریف می شود که در آن راکتانس آنتن دقیقاً صفر است. با نگاهی به نمودار امپدانس، مشاهده می کنیم که آنتن معکوس f در ۱٫۷۴ گیگاهرتز منتشر می شود. مقدار مقاومت در آن فرکانس حدود ۲۰ اهم است. مقادیر راکتانس آنتن قبل از تشدید منفی (خازنی) است و پس از تشدید مثبت (القایی) می شود که نشان می دهد رزونانس سری آنتن است (مدل سازی شده توسط مدار سری rlc). اگر منحنی امپدانس از راکتانس مثبت به منفی برود، رزونانس موازی (مدل سازی شده توسط مدار rlc موازی) است.
برگشت موج
برای رسم افت برگشتی یک آنتن، باند فرکانسی که داده ها باید روی آن رسم شوند را مشخص کنید. تلفات برگشتی معیاری است برای میزان اثربخشی انتقال توان از خط انتقال به آنتن. از نظر کمی، تلفات برگشتی، نسبت توان ارسالی به آنتن و توان بازتابی به دسی بل است. این یک مقدار مثبت برای دستگاه های غیرفعال است. از دست دادن بازگشت منفی با دستگاه های فعال امکان پذیر است .
figure;
returnLoss(ant, freq);
![](https://www.karanmachine.com/wp-content/uploads/2024/02/atx_port_analysis_03.jpg)
ضریب بازتاب
تلفات برگشتی معرفی شده در بالا به ندرت برای تحلیل آنتن استفاده می شود. در عوض، یک ضریب بازتاب یا s11 در دسیبل استفاده میشود که اغلب به اشتباه «ضرر برگشتی» نامیده میشود . در واقع ضریب انعکاس بر حسب db منفی ضرر بازگشتی است که در شکل زیر مشاهده می شود. ضریب انعکاس کسری نسبی از توان rf فرودی را توصیف می کند که به دلیل عدم تطابق امپدانس به عقب منعکس می شود. این عدم تطابق تفاوت بین امپدانس ورودی آنتن و امپدانس مشخصه خط انتقال (یا امپدانس ژنراتور هنگامی که خط انتقال وجود ندارد) است. امپدانس مشخصه امپدانس مرجع است. تابع sparameters استفاده شده در زیر امپدانس مرجع را به عنوان آرگومان سوم خود می پذیرد. همین امر برای تابع بازگشت معتبر است. به طور پیش فرض، امپدانس مرجع را ۵۰ اهم فرض می کنیم.
S = sparameters(ant, freq);
figure;
rfplot(S);
![](https://www.karanmachine.com/wp-content/uploads/2024/02/atx_port_analysis_04.jpg)
نسبت موج ایستاده ولتاژ (vswr)
vswr آنتن را می توان با استفاده از تابع vswr استفاده شده در زیر رسم کرد. مقدار vswr 1.5:1 به این معنی است که حداکثر دامنه موج ایستاده ۱٫۵ برابر بیشتر از حداقل دامنه موج ایستاده است. امواج ایستاده به دلیل عدم تطابق امپدانس در پورت ایجاد می شوند. vswr از طریق ضریب بازتاب به صورت (۱+∣s11∣)/(۱−∣s11∣) بیان میشود.
figure;
vswr(ant, freq);
![](https://www.karanmachine.com/wp-content/uploads/2024/02/atx_port_analysis_05.jpg)
پهنای باند آنتن
پهنای باند یک پارامتر اساسی آنتن است. پهنای باند آنتن، باند فرکانسهایی است که آنتن میتواند به درستی تابش یا دریافت قدرت کند. اغلب، پهنای باند مورد نظر یکی از پارامترهای حیاتی است که برای تعیین نوع آنتن استفاده می شود. پهنای باند آنتن معمولاً همان باند فرکانسی است که بزرگی ضریب انعکاس در آن زیر ۱۰- دسی بل است، یا بزرگی تلفات برگشتی بیشتر از ۱۰ دسی بل است، یا vswr کمتر از تقریباً ۲ است. همه این معیارها معادل هستند. از شکل های قبلی مشاهده می کنیم که pifa هیچ پهنای باند عملیاتی در باند فرکانسی مورد نظر ندارد. پهنای باند با طراحی مناسب آنتن کنترل می شود. گاهی اوقات، امپدانس مرجع نیز ممکن است تغییر کند. در نمودار امپدانس مشاهده می کنیم که مقاومت آنتن فعلی نزدیک به ۲۰ اهم در رزونانس است. امپدانس مرجع ۲۰ اهم را به جای ۵۰ اهم انتخاب کنید و ضریب بازتاب را رسم کنید.
S = sparameters(ant, freq, 20);
figure;
rfplot(S);
![](https://www.karanmachine.com/wp-content/uploads/2024/02/atx_port_analysis_06.jpg)
اکنون ضریب انعکاس کمتر از -۱۰ دسی بل را در باند فرکانسی از ۱٫۷۱ تا ۱٫۷۷ گیگاهرتز مشاهده می کنیم. این پهنای باند آنتن است. در هنگام استفاده از محاسبات vswr یا بازده نیز همین نتیجه وجود دارد.
الگوریتم زنبور عسل
/۰ دیدگاهها/در مقالات پژوهشی /توسط karanAdminالهام گرفتن از طبیعت یکی از مهمترین راهکارها برای حل مسایل در بهینه سازی و طراحی هوش مصنوعی می باشد .
یکی از مهمترین الگوریتم های تکاملی ، الگوریتم زنبور عسل است .
زنبورهای عسل روش جالبی برای جستجو و یافتن غذا در گستره وسیع دارند .
در ابتدا زنبورهای عسل برای جستجوی غذا بصورت تصادفی و محلی به جستجو می پردازند .
زنبور ها در هنگام جستجوی غذا معمولا به سه دسته تقسیم می شوند ؛ زنبورهای کارگر ، زنبورهای تماشاگر و زنبورهای دیده بان( پیشاهنگ ) .
جستجوی غذا در ابتدا توسط زنبورهای دیده بان (scout bee ) با جستجو در مناطقی که امید بیشتری برای یافتن غذا دارد آغاز می گردد .
پس از جستجو و دیدن تمامی منطقی که امیدی برای یافتن غذا در آنها وجود دارد ، زنبور دیده بان بر بالای منطقه ای که امید بیشتری برای
یافتن غذا در آن می رود ، به رقصیدن مشغول می شود.
این رقص اطلاعات مناسبی در خصوص منطقه یافت شده به دیگر زنبورها می دهد .
این روش باعث می شود دیگر زنبورها ( onlooker bee , employed bee ) وارد محل یافت شده شوند و بهره برداری کنند .
سپس زنبورهای دیده بان پس از پایان رقصیدن ، به جستجو در نقاط همسایگی محل یافت شده می پردازند تا نواحی امید بخش جدیدی پیدا کنند .
![](https://www.karanmachine.com/wp-content/uploads/2023/09/Untitled.jpg)
در تصویر بالا ، نحوه عملکرد زنبورها در جستجوی غذا نمایش داده شده است .
نحوه عملکرد الگوریتم
یک کلونی زنبور عسل می تواند تا شعاع چهارده کیلومتر در جهت های مختلف را به جستجوی غذا بپردازد ، تا شهد و گرده گل را از مناطق مختلف
بهره برداری کند .
بخش کوچکی از کلونی ، که زنبورهای پیشاهنگ ( scout bee ) نام دارند به صورت مداوم به جستجوی محل های جدید برای بهرده برداری می پردازند .
این دسته از زنبورها به صورت تصادفی به جستجوی مناطق با سودآوری بالا ( بازدهی خوب ) می پردازند .
پس از بازگشت زنبورهای پیشاهنگ ، آنها در منطقی از کندو که پیست رقص نامیده می شود می روند و مشغول رقصیدن می شوند .
از طریق این نوع رقصیدن ، زنبورهای پیشاهنگ ، مکان کشف خود را به اطلاع زنبورهای تماشاگر (onlooker bee ) بیکار می رساند .
پس از اتمام رقصیدن به منطقه ای که منبع غذایی مناسب کشف کرده بودند بازمیگردند .
تا زمانیکه آن منبع غذایی کشف شده ، غنی از مواد غذایی باشد ، توسط زنبور پیشاهنگ تبلیغ خواهد شد .
زنبورهای کارگر ( employed bee )به بهره برداری از منبع غذایی کشف شده می پردازند .
با استفاده از این روش ، کلونی زنبور عسل به بهترین روش منابع غذایی خوب و مناسب و با بازدهی بالا را انتخاب کرده و از آنها بهره برداری می کند .
کاربردها
الگوریتم زنبور عسل در بسیاری از مسائل کاربردی استفاده می گردد . در ریاضیات ، اقتصاد ، علوم مهندسی ، فیزیک ، هوافضا ، کیهان شناسی و..
یکی از مهمترین کاربردهای این الگوریتم ها در علوم کامپیوتر و همچنین در مسائل بهینه سازی می باشد .
استفاده مهم دیگر این الگوریتم در طراحی هوش مصنوعی و سیستم های هوشمند است .
همچنین ترکیب این الگوریتم با سایر الگوریتم های هوش مصنوعی از جمله الگوریتم ژنتیک ، شبکه عصبی ، منطق فازی ، الگویتم مورچگان و ..
می تواند هوش مصنوعی قوی تری ایجاد نماید .
سیستم های کنترل ، دسته بندی اطلاعات ، بهینه سازی تجهیزات مکانیکی و رباتیک نیز از دیگر موارد استفاده از این الگوریتم می باشد .
نمونه برنامه
نمونه کد پایتون با استفاده از الگوریتم زنبور عسل در انتهای این مقاله بارگزاری می شود .
"""
To find the minimum of sphere function on interval (-10 to 10) with
۲ dimensions in domain using default parameters:
"""
from beecolpy import abc
def sphere(x):
total = 0
for i in range(len(x)):
total += x[i]**2
return total
abc_obj = abc(sphere, [(-10,10), (-10,10)]) #Load data
abc_obj.fit() #Execute the algorithm
#If you want to get the obtained solution after execute the fit() method:
solution = abc_obj.get_solution()
#If you want to get the number of iterations executed, number of times that
#scout event occur and number of times that NaN protection actuated:
iterations = abc_obj.get_status()[0]
scout = abc_obj.get_status()[1]
nan_events = abc_obj.get_status()[2]
#If you want to get a list with position of all points (food sources) used in each iteration:
food_sources = abc_obj.get_agents()
توسعه آینده
در حال حاضر مدل های مختلفی از الگوریتم های زنبور عسل طراحی و توسعه یافته است .
الگوریتم های qABC ، BABC ، GABC ، CABC ، MABC ، DFnABC از جمله این الگوریتم ها هستند .
خصوصا الگوریتم DFnABC از عملکرد و قابلیت اجرایی بسیار مناسبی برخوردار است که در مقاله جدا به این الگوریتم پرداخته ایم .
چالش ها
چالش ها و مسائل پیش روی توسعه این الگوریتم شامل اجرایی سازی ، توسعه و ترکیب با الگوریتم های دیگر هوش مصنوعی از جمله منطق فازی
و عصبی می باشد .
جمع بندی
با توجه به مسائل مطرح شده ، الگوریتم کلونی رنبور عسل می تواند کاربردهای وسیعی در حوزه ی بهینه سازی ، یافتن کوتاهترین مسیر ، جستجو
و ردیابی ، توسعه هوش مصنوعی ، بالا بردن دقت و حساسیت سیستم ها ، ساده سازی سیستم های پیچیده و … داشته باشد .
کاران ماشین
سازنده و تامین کننده ماشین آلات خطوط تولید و بسته بندی صنایع آشامیدنی و کنسروی
آدرس
استان گیلان، لاهیجان، جاده رودبنه،ابتدای رودبنه،
کارگاه ماشین سازی کاران ماشین
تماس با ما
info@karanmachine.com
1370 244 0911
ساعات کاری
شنبه-چهارشنبه: 8:00-17:00
پنجشنبه: 8:00-14:00
جمعه: تعطیل