У радіозв'язку еволюційна антена — це антена, конструкцію якої повністю або значною мірою синтезовано автоматизованою системою проєктування із застосуванням еволюційного алгоритму. Якщо для оптимізації використано генетичний алгоритм, таку конструкцію також називають генетичною антеною.
Цей підхід застосовують із початку 2000-х років, насамперед для створення антен зі складними, взаємно суперечливими або нетиповими вимогами — наприклад, із незвичайною діаграмою спрямованості, жорсткими обмеженнями за розмірами чи особливими умовами встановлення. У таких випадках традиційні типи антен або стандартні методи їх проєктування можуть не забезпечувати потрібної сукупності характеристик.
Процес проєктування
Комп’ютерна програма починає з набору простих форм антени, а потім напіввипадково додає або змінює елементи їхньої конструкції, утворюючи популяцію нових кандидатів. Кожну конструкцію оцінюють за тим, наскільки добре вона відповідає заданим вимогам, і присвоюють їй числове значення функції пристосованості. Далі, подібно до природного добору, кандидатів із найгіршими оцінками відсіюють, а найкращі конструкції стають основою наступного покоління.
Процес повторюється протягом багатьох поколінь. Нові конструкції утворюють за допомогою таких операцій, як мутація, схрещування та відбір, після чого їх знову оцінюють. Після досягнення заданого критерію зупинки обирають конструкцію з найкращою оцінкою. Отримана антена може перевершувати конструкції, розроблені вручну, оскільки алгоритм здатний знаходити складні асиметричні форми, до яких важко дійти традиційними методами проєктування.
Перші конструкції еволюційних антен з’явилися в середині 1990-х років у працях Міхільссена, Альтшулера, Ліндена, Гаупта та Рахмат-Самії. Найчастіше для такого проєктування застосовують генетичні алгоритми або їхні модифікації.
Одним із найвідоміших прикладів є антена X-діапазону, розроблена для місії NASA Space Technology 5 (ST5), запущеної 2006 року. Метою місії була демонстрація інноваційних технологій, придатних для використання в майбутніх космічних місіях. Кожен із трьох супутників мав дві антени для зв’язку з наземними станціями: еволюційно спроєктовану дротову антену незвичної форми та традиційнішу квадрифілярну спіральну антену.
Еволюційну антену оптимізували відповідно до складного набору вимог, зокрема для поєднання широкої діаграми спрямованості для хвиль з круговою поляризацією та широкої імпедансної смуги, яка охоплювала частоти висхідного й низхідного каналів X-діапазону. Обидва типи антен виготовила Лабораторія фізичних наук Університету штату Нью-Мексико.
Супутники ST5 запустили 22 березня 2006 року, а 90-денну програму місії завершили 20 червня 2006 року. За твердженням розробників, антена ST5 стала першим у світі об'єктом, створеним за допомогою штучного процесу еволюції, що здійснив політ у космосі.
Пізніше еволюційно спроєктовані всеспрямовані антени та антену середнього підсилення використали на космічному апараті Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE).
Примітки
Зовнішні посилання
Еволюційна антена місії ST5 на сайті Лабораторії реактивного руху NASA Д. Ларін. «Використання навчання з підкріпленням та генетичних алгоритмів для розробки ігрового агента в стратегії в реальному часі» — україномовна кваліфікаційна робота, у якій еволюційну антену NASA розглянуто на с. 23 «An Evolved Antenna for Deployment on NASA’s Space Technology 5 Mission» — праця Лона, Горнбі та Ліндена