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改进类电磁机制算法的FSS优化设计

胡晓朋;田雨波

【摘要】针对传统微带天线增益低的问题,利用改进的类电磁机制算法设计优化一

种频率选择表面结构并加载于微带天线的辐射方向上.首先,在标准类电磁机制算法

的基础上引入早熟的判断和处理机制,克服算法后期易陷入局部最优的缺陷.数值仿

真结果表明,改进后的算法有哪些信誉好的足球投注网站精度得到提升,稳定性更好.然后将该算法用于优化一

种双层方形频率选择表面结构,并将其加载到微带天线上方.相比普通的微带天线,新

型微带天线最大辐射方向上的增益提高了3.1dB.

【期刊名称】《现代电子技术》

【年(卷),期】2018(041)019

【总页数】4页(P15-18)

【关键词】频率选择表面;微带天线;类电磁机制算法;早熟收敛;小波变异;天线增益

【作者】胡晓朋;田雨波

【作者单位】江苏科技大学电子信息学院,江苏镇江212003;江苏科技大学电子

信息学院,江苏镇江212003

【正文语种】中文

【中图分类】TN011-34;TP301.6

0引言

天线在无线电通信系统中发挥着至关重要的作用。微带天线由于体积小、重量轻、

易于集成的特点得到了广泛应用，但传统的微带天线增益较低。频率选择表面

（FrequencySelectiveSurfaces，FSS）是由周期性排列的金属贴片单元或金属

屏上周期性的开孔单元构成的一种二维周期阵列结构。FSS是一种空间滤波器，可

以作为雷达天线罩以实现带外隐身，又可作为特定通带的吸波结构件，也可以提高

天线的增益[1⁃3]。

类电磁机制（Electromagnetism⁃likeMechanism，EM）算法是一种智能优化

算法[4]。其优化思想是模拟电磁场中带电粒子之间的吸引⁃排斥机制，具有寻优机

制简单、收敛速度快等优点，目前已成功地用于解决天线优化设计问题[5]。但是，

标准EM算法后期，种群中的带电粒子出现“聚集”现象，此时算法易陷入局部

极小值。为此，文献[6]采用混合优化策略，将EM算法与PSO算法、GA算法相

结合，在一定程度上解决了算法的早熟收敛问题，但构造的新的算法结构比较复杂，

增加了算法的运行成本。文献[7]将变领域有哪些信誉好的足球投注网站机制引入到局部有哪些信誉好的足球投注网站过程中，促使

带电粒子对最优个体的领域进行精细有哪些信誉好的足球投注网站，但作用有限，很难使算法在陷入局部最

优时跳出。

本文针对标准EM算法有哪些信誉好的足球投注网站后期易陷入局部最优的问题，提出一种改进的类电磁

机制（ImprovedElectromagnetism⁃likeMechanism，IEM）算法，即引入早

熟的判断和处理机制，对陷入早熟状态的带电粒子迭代时以一定的概率选中进行小

波变异。数值仿真实验结果表明，IEM算法的求解精度和稳定性都得到了提升。

利用IEM算法对一种双层方形FSS结构进行优化设计，并将其作为微带天线的覆

层。仿真结果表明，与原始微带天线相比，加载FSS覆层的天线方向性和增益都

得到了改善。

1标准EM算法

EM算法求解无约束优化问题的步骤如下：

1）初始化。可行域中随机产生m个点作为初始种群，将最优粒子记为xbest。

2）局部有哪些信誉好的足球投注网站。对当前xbest进行局部有哪些信誉好的足球投注网站。

3）计算电荷量和合力。第i个粒子电荷量的计算公式为：

式中：D表示维度；f(xi)表示粒子i的适应度。之后，计算每个粒子所受的合力。

仿照库仑定律，带电粒子xi所受合力的计算公式如下：

4）移动粒子。对于当前带电粒子xi(i=1,2,…,m)，将其沿着所受合力的方向移动。

式中λ∈(0,1)为随机数。可行移动范围由向量RNG=(v1,v2,…,vD)给出。向量

RNG的分量表示对应的朝上下边界移动的可行范围。

2改进的类电磁机制（IEM）算法

2.1早熟判断

文献[8]给出了算法发生早熟收敛的判断依据：当平均粒距Dis＜α且种群的适应度

方差δ2＜H时，判断算法出现早熟收敛现象。平均粒距用来表示个体之间的离散

程度，表达式如下：

式中：L为有哪些信誉好的足球投注网站空间对角最大长度；Pid表示第i个粒子第d维的值；-Pd表示所

有粒子第d维的均值。由式（4）可知，Dis越小，表示种群越集中。

另外，可用粒子适应度的动态变化对种群的现状进行实时监控。群体适应度方差表

示如下：

式中：m表示种群大小；favg为当前所有粒子的平均适应度；F为归一化因子，

由式（6）确定：

群体适应度方差表示粒子间的聚散程度。算法迭代次数增加，粒子间的适应