optiSLang案例分享：双频带缝隙天线优化

问题定义

1. 最大限度降低频率在2.4和5.8GHz时的回波损耗

• 回波损耗的最小值（位置）与所需频率相匹配
• 两个最小值的振幅应最小化

2. 设计变量考虑9个几何参数

任务描述

• 缝隙的宽度和长度（ws, ls）
• 地平面上的U形导体与x方向和y方向上缝隙边界的距离（gap1, gap2）
• 地平面上两个导体之间的距离（dd）
• 地平面上导体在x方向和y方向的宽度（w1, w2）

任务描述

• 微带馈线的长度和宽度（lf, wf）

Ansys Workbench工程

• 打开准备使用Workbench工程文件Dual_Band_Antenna.wbpz
• 使用Ansys HFSS（高频电磁场求解器）作为求解器

任务描述

• 响应值定义为预期频率（2.4与5.8GHz）的S11振幅以及两个最小值对应的频率
• 输入参数和仿真响应将出现在参数集中

定义设计变量

• 将新的敏感度分析拖动到参数集上
• 指定几何参数的上限和下限

定义优化标准

• 将计算频率和期望频率的差值平方之和作为目标，监控敏感度设计中的偏差
• 约束是不必要的

敏感度分析结果

• 使用HFSS求解器评估了100个拉丁超立方抽样（Latin Hypercube Samples）
• 一些设计频率与预期频率2.4和5.8 GHz相差甚远
• 不激活这些相差甚远的采样点后可在各位置上观察到正相关，此外MOP模型的预测质量也有所提高

使用MOP进行敏感度分析

1. 谐振点的位置主要受ws的影响，而且CoP值较高

2. 参数ws和If对最小振幅的影响最大

3. 由于振幅的预测质量较低，因此无法对参数影响进行可靠量化

接下来的优化将考虑所有参数

使用MOP进行敏感度分析

• 谐振的频率位置显示出接近线性的行为，而且CoP值较大

使用MOP进行敏感度分析

1.2.4与5.8GHz的S11振幅显示出强烈的非线性行为，而且CoP值较小

• MOP上的直接优化可能不成功
• 下一步将使用直接求解器调用进行优化

敏感度分析的最佳设计

• 拉丁超立方体抽样的最佳设计表明，最小值的位置与预期值有较高的一致性

敏感度分析的最佳设计

1. 谐振点位置匹配比初始设计更好

2. 相应的振幅并未改善

• 接下来的优化必须考虑目标函数中的位置和振幅

直接优化

1. 在目标函数中考虑以下两项和的最小化

• 谐振频率和预期频率的差值平方之和
• 两个预期频率对应的幅值的最大值

2. 通过将位置误差缩放0.01GHz引入加权

使用直接求解器进行优化

• optiSLang建议使用自适应响应面方法作为优化方法

使用自适应响应面进行优化

• 最佳设计与预期频率完美匹配，而且显著改善了振幅值

总结优化结果

• 敏感度分析发现了一种能够满足预期频率的设计
• 由于幅值中的CoP值较小，因此无法可靠地识别不重要的参数
• 通过加权频率偏差和振幅值，使用直接求解器进行优化，能够大大改善初始设计

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