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基于遗传算法的高频标签天线的优化设计
发表时间:2014年4月29日 11:44 来源:中电网 责任编辑:编 辑:麒麟

2.4 终止条件设计

染色体进化到一定的代数必须进行终止,然后终极得到的染色体就是最优的结果。我们 可以设定当某些数值达到理想值时进化终止,也可以设定一个终止代数T,进化T 次之后自 动终止。本文是要得到最大的回路品质因数,它并没有一个要达到的目标值,所以我们设定 一个终止代数作为它的终止条件。在设定不同的终止代数进行仿真后发现,在大约400 后, Q 值不再升高,即是运行400 代后已经可以得到最优的品质因数。所以我们设定终止代数为400代。

3.仿真设计及结果说明

根据上节设计的遗传算法进程运用MATLAB对集成线圈天线进行优化设计。为了取得对比效果,选用文献中的实例进行设计。文中天线工作频率为23.45MHZ, 磁感应强度B 为8Gauss,芯片所需最小工作电压Vr 为3V,最小功率Pr 为1.2mW,能提供的天线的最大 外边长lmax 为2mm。针对遗传算法搜索范围大,可变参量多的特点,我们首先将所有参数进 行优化,在更大范围内搜索最优解。然后,将工艺参数固定,取得与实例的对比效果。更好 地说明遗传算法的上风。具体结果说明如下。

3.1 对所有参数进行优化

将{l,n,w,s,t,tox,tox/2}进行编码天生染色体,运行遗传算法后所得Q 随进化代数不断增加, 如图三所示为回路品质因数Q 随进化代数t 的变化图。在进化50 代后Q 值的变化已经比较小了,但是在250 代左右的时候Q 值又有个上升。当到达终止代数400 时得到的回路品质 因数为6.0928,此时的最优染色体为{1866,30,10,1,10,10,3.6}。运用这些参数计算出负载获得电压为3.4658V,负载功率为1.2mW,并且线圈外边长为1.8mm是符合版图要求的。

由于本设计设置的参数范围比较大,所以结果出来的Q值可以达到很大。在实际情况中, 可能由于制造工艺,本钱的限制对于各几何参数有进一步的要求,我们可以通过对参数范围 进行重新限定来方便的实现。另外,假如用户对天线的其他性能,如电阻值,电感值,电容值等有特殊的要求也可以添加相应的约束条件来引导进化的发展,设计出符合指标的最优天线尺寸。

3.2 工艺条件固定后的优化

为了与文献实例进行对比,我们取定工艺条件t=1 m , tox="0.8" m , tox/2=1.2 m 。将 {l,n,w,s}进行编码天生染色体,然后运行遗传算法。其回路品质因数随进化代数t 的变化如 图四所示。其变化趋势与上例类似,在进化400代后终止,得到的回路品质因数为0.3723, 而文献中设计的天线得到的回路品质因数为0.2576。说明运用遗传算法对线圈天线进行 优化设计可以得到更好的优化结果。

此时最优染色体为{1963 26 10 1 1 0.8 1.2}。运用这些参数计算出负载获得电压为 3.4397V,负载功率为1.2mW,并且线圈外边长为1.963mm 是符合版图要求的。

4.结束语

使用遗传算法进行集成线圈天线的优化,在不限定工艺条件的情况下,可以在更大范围 内搜索得到非常高的回路品质因数。而且在工艺条件指定的条件下,运用遗传对集成线圈天线的优化设计也可以更有效的优化线圈天线的性能。另外,除了本文设置的参数范围以外,也可以根据实际的要求任意参数的范围,并且可以任意添加约束条件以适应不同环境的需求。

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