基于伴随敏感度分析的电磁优化方法研究

发布时间：2021-02-12 11:15

　　本论文研究电磁结构的快速优化方法,尤其是几乎完全依赖优化算法进行设计的拓扑优化算法。此类优化问题的难点在于,优化变量数量众多,且用于目标函数评估的全波仿真非常耗时,如果用遗传算法等直接优化算法求解此类问题,往往难以在可接受的时间内得到理想的优化效果。所以,有必要利用梯度优化算法来加快大规模变量的电磁结构优化问题的求解。本论文正是采用这种思路,首先研究电磁结构优化问题中快速计算目标函数梯度的方法,即伴随敏感度分析方法,然后在研究现有拓扑优化算法的基础上提出了改进的拓扑优化方法,此外,完成了对天线辐射特性的敏感度分析,从而可以实现天线辐射目标的优化,在此基础上完成了多个天线优化案例,验证了所提出方法的高效性和正确性。本论文主要研究内容包括:1.基于对有限元全波仿真算法和伴随敏感度分析方法的研究,完成了复杂电磁优化目标函数的敏感度分析。在电磁优化问题中,应用伴随敏感度分析方法获取目标函数敏感度的过程与电磁仿真算法紧密相关,需要利用仿真中间数据,所以首先研究并实现全波仿真算法是所有后续工作的基础。本论文首先研究了高阶矢量基函数有限元全波仿真算法,并在此基础上应用伴随敏感度分析方法,推导了多种电... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：116 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 伴随敏感度分析
        1.2.2 基于敏感度分析的尺寸优化和形状优化
        1.2.3 基于敏感度分析的拓扑优化
        1.2.4 优化目标函数
        1.2.5 像素结构优化
    1.3 本文主要贡献与创新
    1.4 本文结构安排
第二章 基于电磁场有限元方法的伴随敏感度分析
    2.1 电磁场有限元方法
        2.1.1 层叠矢量基函数
        2.1.2 有限元方程及边界条件
            2.1.2.1 电磁场边值问题
            2.1.2.2 有限元方程推导及其离散化
        2.1.3 波导端口激励及边界条件
            2.1.3.1 二维波导特征值问题
            2.1.3.2 波导端口激励的施加
        2.1.4 层叠预处理器
        2.1.5 快速扫频算法
        2.1.6 算例验证
    2.2 伴随敏感度分析
        2.2.1 原理
        2.2.2 系统矩阵对材料属性的导数
        2.2.3 系统矩阵对形状参数的导数
    2.3 本章小结
第三章 拓扑优化算法
    3.1 材料分布法
    3.2 水平集法
        3.2.1 数值方式
        3.2.2 解析方式
    3.4 本章小结
第四章 天线辐射特性敏感度分析及优化
    4.1 天线远场特性的计算
    4.2 敏感度分析
    4.3 混合拓扑优化方法
    4.4 窄带高增益微带天线优化
    4.5 宽带圆极化贴片天线优化
    4.6 本章小结
第五章 离散旋转对称天线的仿真和优化
    5.1 离散旋转对称天线的仿真
    5.2 锥形波束天线优化
    5.3 本章小结
第六章 平面像素结构优化
    6.1 具有大量连接的像素天线的优化
        6.1.1 优化方法
        6.1.2 像素天线优化
    6.2 周期像素结构的优化
        6.2.1 大角度阻抗匹配层优化
        6.2.2 加载集总电阻的吸波结构优化
    6.3 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果



本文编号：3030774