الکترومغناطیس کاربردی

الکترومغناطیس کاربردی

بهینه‌سازی بسیارهدفه مقاوم یک لامپ کلایسترون در باند s

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجو دکتری، گروه دینامیک، ارتعاشات و کنترل، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران
2 دانشیار، گروه دینامیک، ارتعاشات و کنترل، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران
3 استادیار، گروه دینامیک، ارتعاشات و کنترل، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران
4 استادیار، پژوهشکده فیزیک و شتابگرها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، تهران، ایران
چکیده
در این مقاله، طراحی یک لامـپ کلایستـرون باند S با فرکانـس مرکزی 3 گیگاهرتز و ساختـار پنج‌کاواکه به‌صورت یک مسأله بسیارهدفه بهینه‌سازی، مدلسازی شده است. اهداف بهینه‌سازی شامل بیشینه‌سازی بهره، پهنای‌باند و بازده، و کمینه‌سازی طول ساختار می‌باشند. برای حل این مسأله، الگوریتم تکاملی جدیدی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک، توسعه داده شده است که با بهره‌گیری از رابطه نخبه‌گرای تطبیقی (AER)، توازن مناسبی میان همگرایی و تنـوع در فضای اهداف برقرار می‌سازد. اعتبـارسنجی الگـوریتم در مقایسه با الگـوریتم مشهـور NSGA-III روی چهار تابع آزمون DTLZ1-4 انجام شده و نتایج، عملکرد رقابتی یا برتر الگوریتم پیشنهادی را نشان می‌دهد. شبیه‌سازی کلایسترون با اجرای کد محاسباتی نرم‌افزار یک‌بعدی AJDISK، در نرم‌افزار متلب، صورت پذیرفت. پس از استخراج جبهه پارتوی نهایی، طرح‌هایی با بازده بیشتر از 35٪ انتخاب و شاخص مقاوم بودن آن‌ها بر اساس میانگین نرم اقلیدسی یک‌سویه انحراف اهداف نسبت به حالت اسمی در 20 سناریوی تصادفی با عدم‌قطعیت ±1 مگاهرتز در فرکانس کاواک‌ها محاسبه گردید. نتایج نشان می‌دهد که می‌توان طرح‌هایی با بهره بالا، پهنای‌باند مناسب، طول کوتاه و پایداری مطلوب در برابر خطای فرکانسی یافت. این روش پیشنهادی می‌تواند به‌عنوان چارچوبی برای طراحی مقاوم در تقویت‌کننده‌های مایکروویو با اهداف چندگانه و نامعینی‌های عملی، مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Robust Many-objective Optimization of a S-band Klystron

نویسندگان English

Mahdi Rabiei Lakmehsari 1
Ali Jamali 2
mohammad ebrahim felezi nasiri 3
Shahin Sanaye Hajari 4
1 PhD Student, Department of Dynamics, Vibrations, and Control, Faculty of Mechanical Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
2 Associate Professor, Department of Dynamics, Vibrations, and Control, Faculty of Mechanical Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
3 Associate Professor, Department of Dynamics, Vibrations, and Control, Faculty of Mechanical Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
4 Assistant Professor, Research Institute for Physics and Accelerators, Nuclear Science and Technology Research Institute, Tehran, Iran
چکیده English

In this article, the design of a S-band klystron lamp with a central frequency of 3 GHz and a five-cavity structure is modeled as a many-objective optimization problem. The optimization objectives include maximizing gain, bandwidth, and efficiency, while minimizing the structural length. To solve this problem, a new evolutionary algorithm based on genetic algorithms has been developed, which utilizes an Adaptive Elitist Relation (AER) to establish a proper balance between convergence and diversity in the objective space. The algorithm’s performance was validated against the well-known NSGA-III algorithm using four benchmark functions (DTLZ1–4), and the results demonstrated competitive or superior performance of the proposed method. Klystron simulation was carried out by executing the one-dimensional AJDISK computational code within MATLAB. After extracting the final Pareto front, designs with efficiency greater than 35% were selected, and their robustness index was calculated based on the one-sided Euclidean norm of the average deviation of objectives from the nominal state across 20 random scenarios with ±1 MHz uncertainty in cavity frequencies. The results indicate that it is possible to identify designs with high gain, suitable bandwidth, short length, and desirable stability against frequency errors. The proposed method can serve as a framework for robust design in microwave systems with multiple objectives and practical uncertainties.

کلیدواژه‌ها English

Klystron
Many-Objective Optimization
Genetic Algorithm
Robust Design

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 02 بهمن 1404

  • تاریخ دریافت 24 مهر 1404
  • تاریخ بازنگری 13 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 13 دی 1404
  • تاریخ انتشار 02 بهمن 1404