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在电磁优化领域中,天线结构的优化设计一直是研究的热点。近年来,不定拓扑结构由于其具有较好的阻抗匹配特性,且填充效率高、设计自由度高,逐渐成为电磁优化领域中重要的研究方向。同时,实际的天线结构设计大多为多目标优化问题(Multi-objective Optimization Problem,MOP),多目标进化算法(Multi-objective Evolutionary Algorithm,MOEA)因其在处理多变量、多目标、不可微、高度非线性和多极值的复杂工程问题时具有较强的全局搜索能力,以及单次优化可获得多个帕累托最优解和本质并行计算等特性,逐渐受到天线工程师的关注。本文将以fragment型不定拓扑天线结构为研究对象,分别从此类结构的电磁数值仿真、优化方法的改进和基于改进的优化算法的工程设计三个角度展开研究。研究内容主要分为以下三个部分:1.Fragment型天线结构电磁数值仿真。本文利用时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)方法数值源代码对fragment型天线结构进行仿真,通过与高频结构仿真器(High Frequency Structure Simulator,HFSS)及实物测试结果的对比,验证了FDTD方法源代码的精确性;接着研究了fragment型结构中不同单元尺寸和不同单元交叠尺寸对电磁性能的影响;最后通过仿真时间对比,验证了FDTD方法的高效性,尤其是当设计矩阵很大时。此外,本文还介绍了FDTD方法数值源代码与多目标优化算法结合的方法。2.MOEA/D-GO-II算法改进。鉴于fragment型结构周边物理结构对其优化设计的影响,本文在MOEA/D-GO-II(MOEA/D Combined with Enhanced Genetic Operators and 2-D Median Filtering)的基础上提出了基于边界的MOEA/D-GO-II。改进后的算法结合了基于边界的加权和滤波算子和基于边界的二维中值滤波算子,尽可能的保证了fragment型结构与周边结构的连通性。同时,由于有效地减小了滤波算子对种群多样性的影响,该算法能够获得更多的最优解。3.基于改进的MOEA/D-GO-II的fragment型天线结构优化设计。本文运用基于边界的MOEA/D-GO-II设计了天线单元中心间距仅为15mm的工作在2.345GHz-2.36GHz的二单元多输入多输出(Multiple-Input and Multiple-Output,MIMO)平面倒F天线(Planar Inverted-F Antennas,PIFAs)系统的隔离结构。通过与其他设计结果对比,本文给出的设计具有更好的前后比和更宽的相对带宽,并具有更多最优解的个数。接着,改进后的算法还针对带陷天线中的带阻滤波结构进行了优化设计,给出了工作在5G频段3.3GHz-3.6GHz的fragment型带阻滤波结构,该结构能获得35dB的带外抑制。上述fragment型天线结构的多目标优化设计能很好地验证本文提出的基于边界的MOEA/D-GO-II获得更多最优解的能力,可以为fragment型天线结构的多目标优化设计提供新的思路。