基于遺傳算法的高頻標簽天線的優(yōu)化設計

2.3 遺傳算子

標準GA的操縱算子一般包括選擇、交叉和變異三種基本形式。選擇即從當前群體中選擇適應度高的個體以天生交配池的過程。本文使用適應度比例選擇的方法 ,其中每個個體被 選擇的期看值與其適應度和群體均勻適應度的比例有關 ,采用輪盤賭方式實現(xiàn)。首先計算每 個個體的適應度 ,然后計算出此適應度在群體適應度總和中所占的比例 ,表示該個體在選擇過程中被選中的概率。選擇過程保證優(yōu)良基因能夠遺傳給下一代個體。選擇完成后，染色體要進進交叉運算和變異運算。本文選定交叉概率pc 為0.5，變異概率pm 為0.01，一代染色體中以這樣的概率選擇部分染色體進行交叉和變異操縱。

2.4 終止條件設計

染色體進化到一定的代數(shù)必須進行終止，然后終極得到的染色體就是最優(yōu)的結果。我們 可以設定當某些數(shù)值達到理想值時進化終止，也可以設定一個終止代數(shù)T，進化T 次之后自 動終止。本文是要得到最大的回路品質(zhì)因數(shù)，它并沒有一個要達到的目標值，所以我們設定 一個終止代數(shù)作為它的終止條件。在設定不同的終止代數(shù)進行仿真后發(fā)現(xiàn)，在大約400 后， Q 值不再升高，即是運行400 代后已經(jīng)可以得到最優(yōu)的品質(zhì)因數(shù)。所以我們設定終止代數(shù)為400代。

3.仿真設計及結果說明

根據(jù)上節(jié)設計的遺傳算法進程運用MATLAB對集成線圈天線進行優(yōu)化設計。為了取得對比效果，選用文獻中的實例進行設計。文中天線工作頻率為23.45MHZ, 磁感應強度B 為8Gauss，芯片所需最小工作電壓Vr 為3V,最小功率Pr 為1.2mW，能提供的天線的最大 外邊長lmax 為2mm。針對遺傳算法搜索范圍大，可變參量多的特點，我們首先將所有參數(shù)進 行優(yōu)化，在更大范圍內(nèi)搜索最優(yōu)解。然后，將工藝參數(shù)固定，取得與實例的對比效果。更好 地說明遺傳算法的上風。具體結果說明如下。

3.1 對所有參數(shù)進行優(yōu)化

將{l,n,w,s,t,tox,tox/2}進行編碼天生染色體，運行遺傳算法后所得Q 隨進化代數(shù)不斷增加， 如圖三所示為回路品質(zhì)因數(shù)Q 隨進化代數(shù)t 的變化圖。在進化50 代后Q 值的變化已經(jīng)比較小了，但是在250 代左右的時候Q 值又有個上升。當?shù)竭_終止代數(shù)400 時得到的回路品質(zhì) 因數(shù)為6.0928，此時的最優(yōu)染色體為{1866,30,10,1,10,10,3.6}。運用這些參數(shù)計算出負載獲得電壓為3.4658V，負載功率為1.2mW，并且線圈外邊長為1.8mm是符合版圖要求的。

由于本設計設置的參數(shù)范圍比較大，所以結果出來的Q值可以達到很大。在實際情況中， 可能由于制造工藝，本錢的限制對于各幾何參數(shù)有進一步的要求，我們可以通過對參數(shù)范圍 進行重新限定來方便的實現(xiàn)。另外，假如用戶對天線的其他性能，如電阻值，電感值，電容值等有特殊的要求也可以添加相應的約束條件來引導進化的發(fā)展，設計出符合指標的最優(yōu)天線尺寸。

3.2 工藝條件固定后的優(yōu)化

為了與文獻實例進行對比，我們?nèi)《üに嚄l件t=1 μm , tox=0.8 μm , tox/2=1.2 μm 。將 {l,n,w,s}進行編碼天生染色體，然后運行遺傳算法。其回路品質(zhì)因數(shù)隨進化代數(shù)t 的變化如 圖四所示。其變化趨勢與上例類似，在進化400代后終止，得到的回路品質(zhì)因數(shù)為0.3723， 而文獻中設計的天線得到的回路品質(zhì)因數(shù)為0.2576。說明運用遺傳算法對線圈天線進行 優(yōu)化設計可以得到更好的優(yōu)化結果。

此時最優(yōu)染色體為{1963 26 10 1 1 0.8 1.2}。運用這些參數(shù)計算出負載獲得電壓為 3.4397V，負載功率為1.2mW，并且線圈外邊長為1.963mm 是符合版圖要求的。

4.結束語

使用遺傳算法進行集成線圈天線的優(yōu)化，在不限定工藝條件的情況下，可以在更大范圍 內(nèi)搜索得到非常高的回路品質(zhì)因數(shù)。而且在工藝條件指定的條件下，運用遺傳對集成線圈天線的優(yōu)化設計也可以更有效的優(yōu)化線圈天線的性能。另外，除了本文設置的參數(shù)范圍以外，也可以根據(jù)實際的要求任意參數(shù)的范圍，并且可以任意添加約束條件以適應不同環(huán)境的需求。