基于拓扑与形状优化的小型化金属天线设计方法

来源：计算力学学报杂志2019年第6期北京时间：

作者：刘川,王奇,高仁璟,刘书田

单位：大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024,大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024,大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024,大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024

摘要：天线小型化设计需要基于先进的设计方法，基于拓扑优化的设计往往存在灰度单元，因此设计结果无法直接应用，需要进一步规整设计。而对于电磁金属结构，粗糙的规整方法会引起结构性能的很大变化以致偏离最优结果。提出一种拓扑优化和形状优化相结合的方法，用于金属天线结构的小型化设计。该方法通过拓扑优化获得金属天线结构的概念构型，进而利用形状优化对概念构型进行边界规整和精细化设计。形状优化方法采用多控制点贝塞尔曲线描述拓扑概念构型，通过贝塞尔曲线控制点的移动实现天线构型的调控。给出了贝塞尔曲线控制点的设置原则，基于拓扑优化得到场量分布结果，利用较少的贝塞尔曲线控制点实现天线拓扑构型结构特征的有效调控。该方法可以获得无灰度单元残留的拓扑结果，同时可有效避免密度阈值规整方法中天线性能改变的问题，并且获得的拓扑构型边界光滑。数值算例表明拓扑优化和形状优化相结合方法的有效性。此外，该方法可拓展到其他类型电磁器件的优化设计中。

关键词：金属天线,小型化设计,拓扑优化,形状优化,矩量法,

基金资助：国家自然科学基金重点项目（11572073；U1806215；11802050）；高校基本科研业务费（DUT18ZD103；DUT17RC （3）049）；111引智计划（B14013）资助项目.