INTRODUZIONE
L’avvento degli elaboratori elettronici ha rappresentato una svolta rivoluzionaria nella storia della scienza e della tecnologia: esso sta accrescendo enormemente la nostra capacità di predire e controllare la natura in forme che erano a malapena immaginabili soltanto mezzo secolo fa.
Ed è proprio in questo solco che vanno ricondotti i tentativi di costruire modelli per la mente umana, che hanno dato origine al settore delle reti neurali, quelli di imitare l’apprendimento umano, che hanno portato al settore dell’apprendimento automatico e, infine, quelli di simulare l’evoluzione biologica, che hanno creato il campo della computazione evolutiva, di cui i cosiddetti Algoritmi Genetici sono l’esempio più importante.
Il termine Algoritmo Genetico viene utilizzato per descrivere una serie di sistemi di soluzione di problemi, tramite computer, che utilizzano qualche noto meccanismo dell’evoluzione come elemento chiave del design (con questo termine si intende la fase di progettazione di un programma o di un algoritmo, in cui si decide come deve funzionare l’algoritmo stesso, di quali fasi deve essere composto, da che ottica deve risolvere il problema, etc.) e dell’implementazione del problema affrontato.
Oggetto di questo lavoro di tesi è allora lo studio degli Algoritmi Genetici applicati a problemi di elettromagnetismo e in particolare focalizzati alla sintesi delle
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cosiddette Superfici Selettive in Frequenza. Queste ultime sono particolari dispositivi a microonde caratterizzati da una struttura periodica: la periodicità della superficie deriva dalla ripetizione spaziale di un elemento detto cella elementare. Al variare della forma della cella elementare e delle sue dimensioni, la superficie selettiva in frequenza potrà polarizzare, depolarizzare o attenuare un’onda elettromagnetica incidente su di essa.
Per la sintesi delle Superfici Selettive in Frequenza è stato utilizzato un Algoritmo Genetico preesistente, opportunamente adattato al particolare problema, che, per valutare il grado di efficienza della stessa, sfrutta a sua volta un programma di simulazione elettromagnetica in grado di risolvere l’Equazione Integrale del Campo Elettrico (EFIE); quest’ultima viene discretizzata mediante l’impiego di tecniche di
analisi basate sulla scomposizione in armoniche di Floquet, con l’uso della tecnica numerica nota come Metodo dei Momenti (MOM)
Il lavoro di tesi si è quindi particolarmente concentrato sull’implementazione e sull’aggiunta al codice esistente di particolari funzioni che permettono di ottenere i risultati di sintesi, in tempi notevolmente brevi.
Per testare la bontà del codice così creato, sono state sintetizzate diverse strutture d’interesse in campo elettromagnetico: dagli schermi radar-assorbenti ai radome multistrato per antenne a tromba, dai conduttori magnetici artificiali ai filtri da inserire in guide d’onda per terminali satellitari di tipo VSAT. Tutte le strutture sintetizzate mostrano un deciso incremento delle prestazioni rispetto ad analoghe soluzioni preesistenti (con cui è stato possibile effettuare un confronto), sia in termini di robustezza al variare di frequenza e angolo d’incidenza dell’onda elettromagnetica, sia in termini di tempi computazionali, decisamente inferiori rispetto a quelli delle soluzioni alternative basate su Algoritmi Genetici classici.
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La tesi è organizzata nella seguente maniera: nel primo capitolo si descrivono le proprietà degli schermi selettivi, con una rigorosa formulazione matematica necessaria a comprendere il funzionamento del simulatore elettromagnetico di cui ci si è serviti per valutare le prestazioni delle strutture candidate; nel secondo capitolo si mostra nel dettaglio la logica che sta alla base di un qualsiasi Algoritmo Genetico e il funzionamento del particolare algoritmo implementato; nel terzo vengono invece poste in evidenza tutte quelle modifiche al programma preesistente che costituiscono il nucleo del lavoro di tesi e che hanno permesso di raggiungere i risultati mostrati poi nel quarto capitolo.
