ارتقا و بهینه‌سازی کامپوزیت همگن درآنتن‌های آرایه‌ای با استفاده از شبکه عصبی کانولوشن

الموضوعات : Telecommunication field and wave

گوهر ورامینی ¹ , بهنام درستکار یاقوتی ²

1 - گروه مهندسی برق- واحد بیضا، دانشگاه آزاد اسلامی، بیضا، ایران
2 - گروه فناوری اطلاعات و ارتباطات-دانشگاه علوم انتظامی امین، تهران، ایران

تاريخ الإرسال : 20 الجمعة , ذو القعدة, 1444 تاريخ التأكيد : 29 السبت , ربيع الأول, 1445 تاريخ الإصدار : 01 الثلاثاء , ربيع الثاني, 1447

الکلمات المفتاحية: آنتن آرایه‌ای, پچ مایکرواستریپ, شبکه عصبی کانولوشن, کامپوزیت همگن, یادگیری عمیق. ,

ملخص المقالة :

ساختار و عملکرد آنتن‌ها، پهنای باند، بهره و هدایت مهمترین شاخص‌های عملکرد بشمار می‌آیند. برای این منظور خط انتقال همگن دست راست–چپ به دلیل تلفات کم، تغییرات فاز، پهنای باند فرکانس، رزونانس مرتبه صفر و منفی، مینیاتورسازی و ساخت آسان از اهمیت و جایگاه بالایی برخوردار و در طراحی آنتن پهن باند و آرایه‌ای بسیار مناسب است. ساختار دست راست-چپی در آنتن‌ها به دلیل تفاوت فاز بخش راست در تکرار آرایه‌ها و ضخامت لایه دچار تاخیر فاز و در نهایت انحراف الگوی تابشی است. از طرفی مسدود شدن خط انتقال در قسمت چپ باعث محدودیت پهنای باند و افزایش میزان تلفات سیستم می‌گردد. در این مقاله با کمک یادگیری عمیق نقایص کامپوزیت برطرف و بهینه‌سازی آنتن آرایه‌ای را شامل شده است. طراحی خط انتقال آنتن پیشنهادی در محدوده 2 الی 7 گیگاهرتز، فرکانس تشدید بهینه 5/4 گیگاهرتز و الگوریتم عصبی کانولوشن، رزونانس دوگانه و سلف مارپیچی در چهار آرایه بر روی پچ بارگذاری شده است. استفاده از شبکه عصبی پیچشی در خط انتقال چپ، تاخیر فاز سمت راست را جبران و در نهایت تغییرات فاز بهینه و اصلاح الگوی تابشی و اسکن مداوم آرایه‌های فازی را مقدور می‌سازد. همچنین با ایجاد شکاف در پچ مایکرواستریپ محدودیت پهنای باند برطرف و تلفات سیستم کاهش می‌یابد. ابعاد ثانویه نسبت به بعد اولیه با توجه به مدل اصلاح شده هوشمند تا حدود 60 درصد کاهش سایز و مینیاتورسازی صورت می‌گیرد. نتایج این کامپوزیت ارتقا یافته نشان دهنده افزایش پهنای باند 3/20 و بهره‌وری الگوی تابش بیش از 96 درصد است. از طرفی ابعاد کوچک، پهنای باند فرکانسی مناسب و طراحی ساده شبکه نیز تامین شده است.

المصادر:

[1] X.M. Yang, Q.H. Sun, Y. Jing, Q. Cheng, X.Y. Zhou, H.W. Kong, T.J. Cui, "Increasing the bandwidth of microstrip patch antenna", IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. 69, no. 12, pp. 373-378, 2022 (doi: 10.1109/IECAP.2022.6333156).
[2] P.S. Jack, G.A.E. Vandenbosch, S.L. Ooi, M.R.N. Husna, "Wearable dual-band Sierpinski fractal PIFA using conductive fabric", Electronics Leterss, vol. 57, no. 6, pp. 365-367, Sept. 2022 (doi: 10.1109/PICAP.2022.6457123).
[3] Y. Mei, Z. Gao, "CS-based CSIT estimation for downlink pilot decontamination in multi-cell FDD massive MIMO", Proceeding of the IEEE/ICCC, pp. 1-5, China, Aug. 2021 (doi: 10.1109/ICCC52777.2021.9580398).
[4] H. Fawaz, M.E. Helou, S. Lahoud, K. Khawam, "A reinforcement learning approach to queue-aware scheduling in full-duplex wireless networks", Computer Networks, vol.189, Article Number: 107893, April 2021 (doi: 10.1016/j.comnet.2021.107893).
[5] R. Vijayanand, D. Devaraj, "A novel feature selection method using whale optimization algorithm and genetic operators for intrusion detection system in wireless mesh network", IEEE Access, vol. 8, pp. 56847-56854, March 2020 (doi: 10.1109/ACCESS.2020.2978035).
[6] G. Varamini, A. Keshtkar, M. Naser-Moghadasi, "Compact and miniaturized microstrip antenna based on fractal and metamaterial loads with reconfigurable qualification", AEU-International Journal of Electronics and Communications, vol. 83, pp. 213-221, May 2020 (doi: 10.1109/AECAP.2020.723221).
[7] A. Akbarpour-Kasgari, M. Ardebilipour, "Massive MIMO-OFDM channel estimation via distributed comperes- sed sensing", IEEE Wireless Communications Letters, vol. 8, no. 2, pp. 376-379, April 2019 (doi: 10.1109/L- WC.2018.2873339).
[8] W. Cui, K. Shen, W. Yu, "Spatial deep learning for wireless scheduling", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 37, no. 6, pp. 1248-1261, March 2019 (doi: 10.1109/JSAC.2019.2904352).
[9] E. Hosseini, E. Aghadavoodi, G. Shahgholian, H. Mahdavi-Nasab, "Intelligent pitch angle control based on gain-scheduled recurrent ANFIS", Journal of Renewable Energy and Environment, vol. 6, no. 1, pp. 36-45, April 2019 (doi: 10.30501/jree.2019.95920).
[10] A. Bhattacharya, B. Roy, S.K. Chowdhury, A.K. Bhattacharjee, "Design and analysis of a koch snowflake fractal monopole antenna for wideband communication", Applied Computational Electromagnetics Society Journal, vol. 32, no. 6, pp.356-369, May 2017 (doi: 10.1109/APCAP.2017.6123156).
[11] S. Jacobsson, G. Durisi, M. Coldrey, T. Goldstein, C. Studer, "Quantized precoding for massive MU-MIMO", IEEE Trans. on Communications, vol. 65, no. 11, pp. 4670–4684, July 2017 (doi: 10.1109/TCOMM.2017.2 723000).
[12] M. Behnam, H. Pourghassem, "Spectral correlation power-based seizure detection using statistical multi-level dimensionality reduction and PSO-PNN optimization algorithm", IETE Journal of Research, vol. 63, no. 5, pp. 736-753, April 2017 (doi: 10.1080/03772063.2017.1308845).
[13] K.T. Chandrasekaran, M.F. Karim, N. Nasimuddin, A. Alphones. "CRLH structure-based high-impedance surface for performance enhancement of planar antennas", IET Microwaves, Antennas and Propagation, vol. 11, no. 6, pp. 818-826, April 2016 (doi: 10.1109/IECAP.2016.6344156).
[14] A. Pirooj, M. Naser‐Moghadasi, F.B. Zarrabi. "Design of compact slot antenna based on split ring resonator for 2.45/5 GHz WLAN applications with circular polarization", Microwave and Optical Technology, vol. 58, no. 1, pp. 12-16, May 2016 (doi: 10.1109/ RDCAPE.2016.7281302).
[15] A. Behdan, B. Fani, E. Adib, "Reliability evaluation of power system SVC types using a markov chain", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 6, no. 2, pp. 193-212, Sept. 2015 (dor: 20.1001.1.23223871.1394.6.22.2.8).
[16] N. Ojaroudi, Y. Ojaroudi, S. Ojaroudi. "Novel design of UWB band-stop filter (BSF) based on koch fractal structures", Applied Computational Electromagnetics Society Journal, no. 15, vol. 7, pp. 89-97, July 2015 (doi: 10.1109/ RDCAPE.2015.7281362).
[17] S. Oymak, A. Jalali, M. Fazel, Y.C. Eldar, B. Hassibi, "Simultaneously structured models with application to sparse and low-rank matrices", IEEE Trans. on Information Theory, vol. 61, no. 5, pp. 2886-2908, May 2015 (doi: 10.1109/TIT.2015.2401574).
[18] J.S. Gomez-Diaz, A. Alvarez-Melcon, J. Perruisseau-Carrier, "Analysis of the radiation characteristics of CRLH LWAs around broadside", Proceeding of the IEEE/EUCAP, pp. 2876-2880, Prague, Czech Republic, March 2012 (doi: 10.1109/EuCAP.2012.6205934).
[19] D. M Blough, G. Resta, P. Santi, R. Srinivasan, L.M. Cortes-Pena, "Optimal one-shot scheduling for MIMO networks", Proceeding of the IEEE/SECON, pp. 404-412, Salt Lake City, UT, USA, June 2011 (doi: 10.1109/SAHCN.2011.5984924).
[20] B. Mumey, J. Tang, T. Hahn, "Algorithmic aspects of communications in multihop wireless networks with MIMO links", Proceeding of the IEEE/ICC, pp. 1-6, Cape Town, South Africa, May 2010 (doi: 10.1109/IC¬C.2010.5502358).
[21] J. Faiz, M. Ebrahimi-Salari, G. Shahgholian, "Reduction of cogging force in linear permanent magnet generators", IEEE Trans. on Magnetics, vol. 40, no. 1, pp.123-134, Jan. 2010 (doi: 10.1109/TMAG.2009.2027900).