一种基于遗传算法的天线结构设计方法技术

本发明专利技术涉及天线结构领域，具体涉及一种基于遗传算法的天线结构设计方法，包括步骤：设置一天线结构优化公式；将前一个遗传代的全部染色体作为当前遗传代的初始染色体，形成当前遗传代的第一种群；分别计算第一种群的每个染色体的选择概率，形成当前遗传代的第二种群；对所述第二种群的染色体进行交叉操作和变异操作，形成当前遗传代的第三种群；预设一具有足够多代的结束遗传代，若当前遗传代为结束遗传代，输出第三种群中关联性最强的染色体及其目标函数。本发明专利技术通过设计一种基于遗传算法的天线结构设计方法，在天线结构优化公式的最优解区域中获得初始遗传代，提高可行解的广泛性，并且减少计算量，提高结果的计算精度和稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及天线结构领域，具体涉及。
技术介绍
无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID)技术是从二十世纪九十 年代兴起的一种基于射频原理实现的非接触式自动识别技术。与目前常用的其他自动识别 技术相比，RFID具有精度高，如条形码、磁卡、接触式1C卡等，其具有体积小、形状多样、抗污 染能力、耐久性好、穿透性好、可重复使用和安全性高等优点。随着科学的进步，RFID产品已 被广泛应用于社会、经济、国防等众多领域，例如高速公路收费系统、物流与供应链管理系 统、门禁系统、防伪和安全控制系统、流水线生产自动化、畜牧管理等。RFID技术将成为未来 信息社会建设的一项重要技术。 射频识别系统(RFID)-般由阅读器(P⑶)和应答器(PICC)两部分组成，如图1所 示。其中，阅读器一般作为计算机终端，用来实现对RFID的数据读写和储存，包括控制单元、 射频模块和天线；而应答器是射频识别系统真正的数据载体，通常应答器由耦合元件以及 微电子芯片组成。在阅读器的响应范围之外，应答器处于无源状态，只有当应答器处于阅读 器的响应范围之内，才会通过耦合单元接受来自阅读器的射频电源，为其电子芯片的工作 提供能量。因此，实现耦合的天线，在RFID系统中具有关键作用，RFID天线的性能直接决定 着整个系统的性能，故天线的设计直接关系到系统的通信距离和数据传输的可靠性。 特别是针对13.56MHz频段的标签天线，国外的天线生产商基本是采用经验设计方 法，即设计者往往都是根据经验设计出结构尺寸。在设计完成之后，才能计算出天线的电感 参数，而这个设计方案对于某些参数，如感应电压、品质因子、印刷耗材最省等方面未必是 最优的，甚至不符合设计要求。因此为达到完全准确的天线电感设计，天线的设计还需进行 多次重新设计才能完成，而由此方法设计完成的天线仅为一具体实例，且其结构设计更是 一个将天线具体结构尺寸、电阻、电感、电容、谐振效率等多个相关联参数整合的复杂的计 算过程。 或者采用序列二次规划算法求解非线性优化的方法，根据射频识别系统中的相关 参数计算出最优化的天线结构参数，即构建基于优化变量的目标函数和约束条件，采用序 列二次规划算法进行求解，使目标函数逐步收敛到最优解处，并输出天线结构参数的优化 结果。用这种方法解优化方程效率高、编写程序简单，但是却存在以下问题： 1、计算时需要给出初值，故不同的初值可能得出不同的搜索结果，难以得出全局 最优解； 2、每一步计算均需要求解一至两个二次规划子问题，以得到迭代方向，其计算工 作量大，难以应用于大规模问题； 3、迭代过程中产生的二次规划子问题可能是无解，并使运算过程中断，尽管可用 其他措施重新定义迭代方向，但必然会增加算法的复杂性，增大计算的工作量。 基于上述状况，如何改变标签天线在设计与生产方面的劣势、缩短天线的设计时 间、提高设计效率、降低天线的成本、提高天线的性能是非常重要的课题研究。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于遗传算 法的天线结构设计方法，减少计算量，提高结果的计算精度和稳定性;且适用于计算大型问 题，提尚计算效率。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种基于遗传算法的天线结构 设计方法，包括步骤： 设置一天线结构优化公式，并在所述天线结构优化公式的最优解区域中，随机产 生若干数值作为初始遗传代的染色体； 将前一个遗传代的全部染色体作为当前遗传代的初始染色体，且分别建立所述初 始染色体对应的目标函数，并根据目标函数的解值将所述初始染色体进行关联性排序，形 成当前遗传代的第一种群； 分别计算第一种群的每个染色体的选择概率，且根据选择概率随机地选择若干染 色体，并对选中的染色体进行复制，形成当前遗传代的第二种群； 对所述第二种群的染色体进行交叉操作和变异操作，形成当前遗传代的第三种 群； 预设一具有足够多代的结束遗传代，若当前遗传代为结束遗传代，输出第三种群 中关联性最强的染色体及其目标函数;若当前遗传代不是结束遗传代，将当前遗传代的第 二种群中全部染色体作为下一个遗传代的初始染色体，重新进行染色体处理。其中，较佳方案是:根据天线结构参数建立天线结构优化公式，该天线结构参数包 括芯片参数、天线限制参数和工艺参数。 其中，较佳方案是:对随机产生的染色体均进行可行性验证。 其中，较佳方案是:将每一遗传代的第一种群中最靠前的染色体单独保留。 其中，较佳方案是:该目标函数为天线线圈的品质因子最大化。 其中，较佳方案是:该目标函数为天线线圈的感应电压最大化。 其中，较佳方案是，计算选择概率的方式是： 计算评价函数，该评价函数的表达式为eval ( i ) = a( Ι-a )1，其中i = 0，1，2,......，N，N为第一种群的染色体数，ae(〇，l); 计算第一种群的每个染色体的选择概率，该选择概率的表达式为 其中&为第一种群的每个染色体的选择概率，i = 〇，l，2,......，N，N为第一种群的染色体 数。 其中，较佳方案是，根据选择概率随机地选择若干染色体的方式是： 在i = 1到i = N的重复过程中，分别从区域(0，Qi)中产生随机参考值R，其中N为第 一种群的染色体数； 对于每个随机参考值R，若仏^<R < Qj，则选择第一种群中第j个染色体。 其中，较佳方案是，交叉操作的方式是： 设置交叉概率参数P。，从区域中产生随机参考值R，其中N为第一种群的染色 体数； 设置交叉值X和Y，若1? < Pc，则从区域中产生随机参考值Ri和此，及从区间（0， 1)中产生一个随机数C，使X_=CF^.__+:_(1-C)!^，F_=CF % +(1-C)FSi，并将χ、γ分别赋值给 和4，其中W"为第二种群的第i个染色体。 其中，较佳方案是，变异操作的方式是： 设置变异概率参数Pm，从区域中产生随机参考值R; 随机选择第二种群的染色体Vi，gR<Pm，随机产生一向量D和一个变异量M，使Vi" = Vi"+DM，其中Vi"为第二种群的第i个染色体，M>0。 本专利技术的有益效果在于，与现有技术相比，本专利技术通过设计一种基于遗传算法的 天线结构设计方法，在天线结构优化公式的最优解区域中获得初始遗传代，不需要提供初 始值以及辅助信息，提高可行解的广泛性，并且减少计算量，提高结果的计算精度和稳定 性；同时，通过对染色体进行交叉操作和变异操作，在搜索过程中不容易陷入局部最优，提 高全局最优解的求解概率;并通过本天线结构设计方法，改变射频标签天线在设计与生产 方面的劣势，以及缩短天线的设计时间、提高设计效率、降低天线的成本、提高天线的性能， 使快速设计低成本和更容易设计出高性能的天线。【附图说明】下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是技术射频识别系统的结构示意图； 图2是本专利技术天线结构设计的方法框图； 图3是本专利技术计算选择概率的方法框图； 图4是本专利技术根据选择概率随机地选择若干染色体的方法框图； 图5是本专利技术交叉操作的方法框图；图6是本专利技术变异操作的方法框图；图7是本专利技术矩形线圈的结构示意图；图8是本专利技术圆形线圈的结构示意图。【具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于遗传算法的天线结构设计方法，其特征在于，包括步骤：设置一天线结构优化公式，并在所述天线结构优化公式的最优解区域中，随机产生若干数值作为初始遗传代的染色体；将前一个遗传代的全部染色体作为当前遗传代的初始染色体，且分别建立所述初始染色体对应的目标函数，并根据目标函数的解值将所述初始染色体进行关联性排序，形成当前遗传代的第一种群；分别计算第一种群的每个染色体的选择概率，且根据选择概率随机地选择若干染色体，并对选中的染色体进行复制，形成当前遗传代的第二种群；对所述第二种群的染色体进行交叉操作和变异操作，形成当前遗传代的第三种群；预设一具有足够多代的结束遗传代，若当前遗传代为结束遗传代，输出第三种群中关联性最强的染色体及其目标函数；若当前遗传代不是结束遗传代，将当前遗传代的第二种群中全部染色体作为下一个遗传代的初始染色体，重新进行染色体处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王丹，刘兴建，
申请(专利权)人：广东工商职业学院，
类型：发明
国别省市：广东;44