Исследование S-образной RMSA в S-диапазоне с использованием многослойной перцептронной нейронной сети
DOI:
https://doi.org/10.20535/S002134701908003XКлючові слова:
искусственная нейросеть, Левенберг-Марквардт, прямоугольная микрополосковая патч-антенна, широкополосная антеннаАнотація
В статье исследовано применение S-образной прямоугольной микрополосковой патч-антенны RMSA (rectangular microstrip patch antenna) в S-диапазоне с помощью искусственной нейросети ANN (artificial neural network). Авторами проведено параметрическое исследование различных излучающих структурных форм для получения S-образной RMSA. Размер вырезов на излучателе для достижения широкополосности в требуемом диапазоне частот вычислен с помощью многослойной искусственной нейронной сети персептрона MLP-ANN (multilayer perceptron artificial neural), которые влияют на ее параметры, такие как рабочая частота, усиление, направленность, эффективность антенны и эффективность излучения. Модель MLP-ANN обучена и протестирована с использованием семи различных алгоритмов. Исследование показало, что алгоритм обучения Левенберга–Марквардта LM (Levenberg–Marquardt) требует меньше вычислительного времени и обладает лучшей точностью для вычисления размера вырезов на излучателе по заранее заданным параметрам антенны. Чтобы проверить работу ANN, прототип S-образной RMSA был физически изготовлен на пенопластовый подложке и экспериментально испытан. Экспериментальные результаты хорошо согласуются с результатами симуляции с помощью ANN.Посилання
Bahl, I. J.; Bhartia, P. Microstrip Antennas. Dedham, Mass: Artech House, 1980.
Huynh, T. U.; Lee, K.-F. “Single-layer single-patch wideband microstrip antenna,” Electron. Lett., Vol. 31, No. 16, p. 1310, June 1995. DOI: https://doi.org/10.1049/el:19950950.
Rafi, G.; Shafai, L. “Broadband microstrip patch antenna with V-slot,” IEE Proc. Microwave Antenna Propag., Vol. 151, No. 5, p. 435, Nov. 2004. DOI: https://doi.org/10.1049/ip-map:20040846.
Neyestanak, A. A. L.; Kashani, F. H.; Barkeshli, K. “W-shaped enhanced-bandwidth patch antenna for wireless communication,” Wireless Pers. Commun., Vol. 43, No. 4, p. 1257, Dec. 2007. DOI: https://doi.org/10.1007/s11277-007-9299-7.
Pandey, V. K.; Vishwakarma, B. R. “Analysis of an E-shaped patch antenna,” Microwave Opt. Technol. Lett., Vol. 49, No. 1, p. 4, Jan. 2007. DOI: https://doi.org/10.1002/mop.22024.
Ansari, J. A.; Dubey, S. K.; Mishra, A. “Analysis of half E-shaped patch for wideband application,” Microwave Opt. Technol. Lett., Vol. 51, No. 6, p. 1576, June 2009. DOI: https://doi.org/10.1002/mop.24367.
Сингх, А.; Аниш, М.; Камакши, К.; Ансари, Дж. А. “Применение теории цепей для анализа патч-антенны с апертурной связью для беспроводных приложений,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 61, № 4, С. 226-238, 2018. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347018040040.
Каур, Прит; Агарвал, С. К.; Де, Асок. “Улучшение характеристик прямоугольной микрополосковой антенны с помощью двойного H-образного метаматериала,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 59, № 11, С. 29-36, 2016. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347016110030.
Deshmukh, A. A.; Kumar, G. “Compact broadband S-shaped microstrip antennas,” Electron. Lett., Vol. 42, No. 5, p. 260, Mar. 2006. DOI: https://doi.org/10.1049/el:20064194.
Mishra, R. K.; Patnaik, A. “Neural network-based CAD model for the design of square-patch antennas,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 46, No. 12, p. 1890, Dec. 1998. DOI: https://doi.org/10.1109/8.743842.
Guney, K.; Sagiroglu, S.; Erler, M. “Generalized neural method to determine resonant frequencies of various microstrip antennas,” Int. J. RF Microwave Computer-Aided Engineering, Vol. 12, No. 1, p. 131, 2002. DOI: https://doi.org/10.1002/mmce.10006.abs.
Pattnaik, S. S.; Panda, D. C.; Devi, S. “Radiation resistance of coax-feed rectangular microstrip patch antenna with the use of artificial neural networks,” Microwave Opt. Technol. Lett., Vol. 34, No. 1, p. 51, July 2002. DOI: https://doi.org/10.1002/mop.10370.
Pattnaik, S. S.; Panda, D. C.; Devi, S. “Input impedance of rectangular microstrip patch antenna using artificial neural networks,” Microwave Opt. Technol. Lett., Vol. 32, No. 5, p. 381, Mar. 2002. DOI: https://doi.org/10.1002/mop.10184.
Neog, D. K.; Pattnaik, S. S.; Panda, D. C.; Devi, S.; Khuntia, B.; Dutta, M. “Design of a wideband microstrip antenna and the use of artificial neural networks in parameter calculation,” IEEE Antennas Propag. Mag., Vol. 47, No. 3, p. 60, 2005. DOI: https://doi.org/10.1109/map.2005.1532541.
Saikavara, K. “Artificial neural network based design of a three-layered microstrip circular ring antenna with specified multi-frequency operation,” Neural Comput. Appl., Vol. 18, No. 1, p. 57, Jan. 2009. DOI: https://doi.org/10.1007/s00521-007-0153-3.
Washington, G. “Aperture antenna shape prediction by feedforward neural networks,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 45, No. 4, p. 683, Apr. 1997. DOI: https://doi.org/10.1109/8.564094.
Akdagli, A.; Toktas, A.; Kayabasi, A.; Develi, I. “An application of artificial neural network to compute the resonant frequency of E-shaped compact microstrip antennas,” J. Electrical Engineering, Vol. 64, No. 5, p. 317, 2013. DOI: https://doi.org/10.2478/jee-2013-0046.
Akdagli, Ali; Biçer, Mustafa Berkan; Ermiş, Seda. “A novel expression for resonant length obtained by using artificial bee colony algorithm in calculating resonant frequency of C-shaped compact microstrip antennas,” Turk. J. Elec. Eng. & Comp. Sci., Vol. 19, No. 4, p. 597, 2011. DOI: http://doi.org/10.3906/elk-1006-466.
Aneesh, M.; Ansari, J. A.; Singh, A.; Kamakshi; Sayeed, S. S. “Analysis of microstrip line feed slot loaded patch antenna using artificial neural network,” PIER B, Vol. 58, p. 35, 2014. DOI: https://doi.org/10.2528/pierb13111105.
Türker, Nurhan; Güneş, Filiz; Yildirim, Tülay. “Artificial neural design of microstrip antennas,” Turk. J. Elec. Eng. & Comp. Sci., Vol. 14, No. 3, p. 445, 2006.
Zhang, Q.-J.; Gupta, K. C.; Devabhaktuni, V. K. “Artificial neural networks for RF and microwave design -from theory to practice,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 51, No. 4, p. 1339, Apr. 2003. DOI: https://doi.org/10.1109/tmtt.2003.809179.
Mishra, R. K.; Patnaik, A. “Designing rectangular patch antenna using the neurospectral method,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 51, No. 8, p. 1914, Aug. 2003. DOI: https://doi.org/10.1109/tap.2003.814748.
Watson, P. M.; Gupta, K. C.; Mahajan, R. L. “Development of knowledge based artificial neural network models for microwave components,” IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., Vol. 1, p. 9, 1998. DOI: https://doi.org/10.1109/mwsym.1998.689312.
Guney, K.; Sarikaya, N. “A hybrid method based on combining artificial neural network and fuzzy inference system for simultaneous computation of resonant frequencies of rectangular, circular, and triangular microstrip antennas,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 55, No. 3, p. 659, Mar. 2007. DOI: https://doi.org/10.1109/tap.2007.891566.
Wang, Z.; Fang, S.; Wang, Q.; Liu, H. “An ANN-based synthesis model for the single-feed circularly-polarized square microstrip antenna with truncated corners,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 60, No. 12, p. 5989, Dec. 2012. DOI: https://doi.org/10.1109/tap.2012.2214195.
Khan, T.; De, A.; Uddin, M. “Prediction of slot-size and inserted air-gap for improving the performance of rectangular microstrip antennas using artificial neural networks,” IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., Vol. 12, p. 1367, Oct. 2013. DOI: https://doi.org/10.1109/lawp.2013.2285381.
Zeland software, Inc. IE3D simulation software, version 14.05 Zeland software, CA, 2008.
Haykin, S. Neural Networks: A Comprehensive Foundation, 3rd ed. Prentice-Hall, 2007.
Higham, D. J.; Higham, N. J. Matlab ANN toolbox MATLAB Guide. Philadelphia: SIAM, 2005.
Sivia, J. S.; Pharwaha, A. P. S.; Kamal, T. S. “Analysis and design of circular fractal antenna using artificial neural networks,” PIER B, Vol. 56, p. 251, 2013. DOI: https://doi.org/10.2528/pierb13091611.
Karaboga, D.; Guney, K.; Sagiroglu, S.; Erler, M. “Neural computation of resonance frequency of electrically thin and thick rectangular microstrip antennas,” IEE Proc. Microwaves Antennas Propag., Vol. 146, No. 2, p. 155, Apr. 1999. DOI: https://doi.org/10.1049/ip-map:19990136.
Hagan, M. T.; Menhaj, M. B. “Training feedforward networks with the Marquardt algorithm,” IEEE Trans. Neural Netw., Vol. 5, No. 6, p. 989, Nov. 1994. DOI: https://doi.org/10.1109/72.329697.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 Известия высших учебных заведений. РадиоэлектроникаИздатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.
Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).
Варианты доступа к статье:
1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)
В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).
2. Статья с последующим доступом по подписке
В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.
- Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
- Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
- Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
- Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
- Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
- Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
- Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
- Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
- Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
- Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
- Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
- Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
- Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
- Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
- В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
- Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
- Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.
