用遗传算法优化光天线的几何形状

2017年9月12日

当思考自然选择时，天线可能不是第一件事。但是，使用遗传算法，我们可以使用自然选择的基本原理来解决天线优化问题。例如，遗传算法使一个研究组能够优化光学天线的几何形状。他们通过使用Livelink™实施了研究为了MATLAB®，是ComsolMultiphysics®软件的附加产188金宝搏优惠品。

自然选择与天线优化之间的连接

自然选择背后的想法是基于这样一个事实，即世界上有很大的变化。甚至同一物种的生物彼此不同。具有最适合其环境特征的生物更有可能生存并将这些特征传递给下一代，这增加了子孙后代的有益特征的发生。结果，每一代人都会更适合他们的环境。简而言之，这是自然的选择。

长颈鹿的照片，通过自然选择获得了长脖子。
随着时间的流逝，自然选择会导致一组生物体中有益性状的延续，例如长颈鹿中的长颈部。

遗传算法采用自然选择的原理，并将其应用于优化问题。他们在具有已知价值和特征的环境中研究一组“个体”。所研究的个体人群代表了该问题的潜在解决方案。适当的数学功能通过表示它们对环境的适应能力来定义每个人的适应性。

与自然选择一样，使用遗传算法是一个迭代过程，每个“生成”中的个体可能会经历突变并交换设计特征。该过程一直持续到该算法为特定环境找到优化的解决方案或达到最大世代数。

来自San LuisPotosí大学的研究小组和TecnológicoDeSan LuisPotosí研究小组使用遗传算法来改善光天线（纳米antenna）的几何形状。他们想要一种最佳的设计，以最佳的方式集中偶极子纳米annna的电磁场以500-THZ的谐振频率，该变量取决于纳米结构的尺寸。

作为另一个研究点，该团队研究了常规的RF宏观天线几何形状是否可以有效地用于纳米级光频率状态。这就是他们发现的……

使用COMSOLMultiphysics®和Livelink™优化纳米反188金宝搏优惠滕纳设计为了MATLAB®

在他们的研究中，团队使用了Livelink™为了MATLAB®无缝将MATLAB®软件和Comsol®软件链接。188金宝搏优惠为此，他们能够使用MATLAB®软件自动驱动其ComsolMultiphysics®模拟。188金宝搏优惠研究人员使用MATLAB®软件设计了用户界面和遗传算法。遗传算法已使用全局优化工具箱编程，可作为MATLAB®软件的附加组件使用。该算法进行了分析，以暗示2D中偶极纳米annna几何形状的各种迭代设计变化。然后将这些遗传算法结果与评估其拟合度的最佳条件进行比较。

基于遗传算法的天线几何形状突变。
这些线显示了突变如何在遗传算法过程中修饰天线几何形状。R. Diaz de Leon-Zapata，G。Gonzalez，A.G。Rodríguez，E。Flores-García和F.J. Gonzalez的图片188金宝搏优惠Comsol会议2016波士顿纸。

每当算法产生设计可能性时，研究人员都可以自动求解电磁方程，为给定频率生成天线响应数据，并评估适应性功能，而无需与Comsol Multiphysics中的图形用户界面相互作用。188金宝搏优惠优化的适应性函数确定了电磁场的最小损失在500 THz的频率下。然后，这些发现在MATLAB®软件中使用，以执行进一步的遗传算法调整。整个迭代循环是自动执行的，从而提高了研究的效率。

1D图显示每代EM场损失最小。
每个新一代的电磁场损失最小化的趋势。R. Diaz de Leon-Zapata等人的图像。并取自他们的2016年波士顿纸的Comso188金宝搏优惠l会议。