Metasurface antene Ka-opsega, sa svojim jeftinim dizajnom niskog profila i superiornim mogućnostima upravljanja snopom, pokazuju značajan potencijal u oblasti satelitskih komunikacija. Međutim, ograničenja ograničenih satelitskih resursa i značajni gubici u atmosferi na frekvencijama Ka-opsega zahtevaju od ovih antena da postignu širokougaone mogućnosti skeniranja snopa i visoko pojačanje antene, dodajući znatnu složenost njihovom dizajnu.
Da bi se postigao dizajn multifunkcionalne i visoko efikasne meta-antene, optimizacija dizajna će uključivati brojne parametre, što će značajno povećati upotrebu računarskih resursa i vreme optimizacije. Rešavanje kritičnog pitanja balansiranja višestrukih ciljeva optimizacije, kao što su pojačanje i ugao skeniranja, uz istovremeno poboljšanje brzine optimizacije, ostaje ključni izazov u procesu projektovanja.
Da bi odgovorili na ove izazove dizajna meta-antene, istraživači sa Univerziteta za elektronsku nauku i tehnologiju Kine, Univerziteta Tongji i Gradskog univerziteta u Hong Kongu udružili su snage u opsežnoj saradnji.
Koristeći svoju dugoročnu ekspertizu u oblasti meta-optike, predložili su metod projektovanja meta-antene Ka-pojasa zasnovan na algoritmu za optimizaciju roja čestica uz pomoć fizike (PA-PSO). Koristeći ovu metodu, dizajnirali su i proizveli meta-antenu Ka-opsega. Studija je objavljena u časopisu Opto-Electronic Science.
Antena predložena u radu je projektovana korišćenjem PA-PSO algoritma. U poređenju sa tradicionalnim PSO algoritmom, pravac optimizacije čestica u PA-PSO algoritmu je vođen ekstremnim uslovima izvedenim iz varijacione metode. Ovo ne samo da smanjuje vreme izračunavanja, već i smanjuje verovatnoću pronalaženja suboptimalnih dizajna.
Konačni optimizovani rezultati pokazuju da je relativna snaga postignuta PA-PSO algoritmom 94,62806, što je uporedivo sa relativnom snagom od 94,62786 postignutom tradicionalnim PSO algoritmom. Međutim, računski troškovi PA-PSO algoritma su znatno niži; dostiže optimalno stanje nakon samo 650 iteracija, dok tradicionalni PSO algoritam zahteva 4100 iteracija.
To znači da je vreme izračunavanja PA-PSO algoritma manje od jedne šestine vremena za PSO algoritam. Stoga, PA-PSO metoda može efikasnije voditi rojeve čestica, smanjujući vreme izračunavanja, što ga čini važnim alatom za rešavanje složenih multivarijantnih i višeciljnih izazova optimizacije.
Na osnovu distribucije faza optimizovane PA-PSO algoritmom, tim je dizajnirao i proizveo uzorak heksagonalne meta-antene sa žižnom daljinom od 22 mm, dužinom dijagonale od 110 mm i debljinom od samo 1,524 mm.
Antena ima f-broj od samo 0,2, ugao skeniranja snopa od ±55°, maksimalno pojačanje od 21,7 dBi i ravnomernost pojačanja od 4 dB. Ova inovativna heksagonalna meta-antena, sa svojim širokim uglom skeniranja, kompaktnim dizajnom i velikim pojačanjem prenosa, pokazuje ogroman potencijal za aplikacije u satelitskim komunikacijama, radarskim sistemima, 5G mrežama i Internetu stvari, između mnogih drugih oblasti.
