МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МИКРОПОЛОСКОВЫХ ПАТЧ-АНТЕНН НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ

Авторы

  • Гульбахар Юсупова ALT Университет имени Мухамеджана Тынышпаева
  • Шарафат Мирзакулова Университет «Туран», Алматы
  • Нагима Бакирова ALT Университет имени Мухамеджана Тынышпаева
  • Гульзада Мусапирова ALT Университет имени Мухамеджана Тынышпаева
  • Дина Эрманова Центральноазиатский инновационный университет, Шымкент
  • Адиль Малаев ТОО "Оптические технологии", Алматы

DOI:

https://doi.org/10.52167/1609-1817-2025-1-S1-474-489

Ключевые слова:

микрополосковая патч-антенна, машинное обучение, интеллектуальная оптимизация, коэффициент отражения, резонансная частота, беспроводные системы связи

Аннотация

В статье предложен подход к ускоренному проектированию микрополосковых патч-антенн на основе методов машинного обучения. Задача синтеза сформулирована как регрессия, где входными признаками являются геометрические параметры антенны и характеристики подложки, а выходными величинами — резонансная частота  и и коэффициент отражения . Для обучения сформирован синтетический physics-informed датасет объемом N=1500, охватывающий три диапазона рабочих частот: 2,4; 3,5 и 5 ГГц. Проведено сравнение моделей Random Forest, SVR, ANN и XGBoost. Наилучшие результаты показали ансамблевые методы: XGBoost достиг RMSE=1,663 dB и R2=0,9106 для , а также RMSE=0,0893 GHz и R2=0,9817 для . Полученные результаты подтверждают применимость ML-подхода для предварительного проектирования и интеллектуальной оптимизации параметров патч-антенн при снижении вычислительных затрат.

Биография автора

Шарафат Мирзакулова, Университет «Туран», Алматы

PhD, Ассоциированный профессор

Библиографические ссылки

Hanhua Zou, Sanyou Zeng, Changhe Li, Jingyu Ji. A survey of machine learning and evolutionary computation for antenna modeling and optimization: Methods and challenges. Engineering Applications of Artificial Intelligence, Vol. 138, December 2024 https://dl.acm.org/doi/10.1016/j.engappai.2024.109381

T. Gayatri, G. Srinivasu, D.M.K. Chaitanya, and V.K. Sharma. A Review on Optimization Techniques of Antennas Using Machine Learning and Deep Learning Algorithms. International Journal of Advances in Microwave Technology (IJAMT) Vol.7, No.2, May 2022. DOI: http://dx.doi.org/10.32452/IJAMT.2022.288295

Nayan Sarker; Prajoy Podder; M. Rubaiyat Hossain Mondal; Sakib Shahriar Shafin; Joarder Kamruzzaman. Applications of Machine Learning and Deep Learning in Antenna Design, Optimization, and Selection: A Review. DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3317371

Swati Dhandade, Tarannum Pathan. Design and Analysis of MIMO Dual Band Patch Antenna for 5G New Radio Applications in Mobile Terminals. International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology (IJRASET). ISSN: 2321-9653; IC Value: 45.98; SJ Impact Factor: 7.429. Volume 9 Issue VI June 2021 Digital Object Identifier 10.1109/ACCESS.2023.3317371

R. Prabha, Senthil G. A, Priyadharshini. J, V. Subashini, Rajesh Kanna. R, Divya B. Artificial Neural Network Based Selection Method for Antenna Parameters in Microwave Application. 2023 Intelligent Computing and Control for Engineering and Business Systems (ICCEBS). 14-15 December 2023. DOI: 10.1109/ICCEBS58601.2023.10449099

Nazmia Kurniawati, Arif Fahmi, and Syah Alam. Predicting Rectangular Patch Microstrip Antenna Dimension Using Machine Learning. Journal of Communications Vol. 16, No. 9, September 2021. doi:10.12720/jcm.16.9.394-399

Abdelaziz A. Abdelhamid, Sultan R. Alotaibi (2021). Deep Investigation of Machine Learning Techniques for Optimizing the Parameters of Microstrip Antennas. International Transaction Journal of Engineering, Management, & Applied Sciences & Technologies 12(13). 12A13N, 1-15. http://doi.org/10.14456/ITJEMAST.2021.266

Hadeer. A Shoeab, Mohamed A.Mohamed, Marzouk El Said A, Ahmed. A. Kabeel. Microstrip Antenna Design Using CST Optimized by Neural Network Algorithm. Mansoura Engineering Journal: Vol. 48: Iss. 3, Article 4. doi.org/10.58491/2735-4202.3045

Nupur Chhaule, Chaitali Koley, Sudip Mandal, Ahmet Onen and Taha Selim Ustun. A (2023) Comprehensive Review on Conventional and Machine Learning-Assisted Design of 5G Microstrip Patch Antenna. Electronics 2024, 13(19), 3819; https://doi.org/10.3390/electronics13193819

Md․Sohel Rana, Sheikh Md․ Rabiul Islam, Sanjukta Sarker. Machine learning based on patch antenna design and optimization for 5 G applications at 28GHz. Results in Engineering, Volume 24, December 2024, 103366. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.103366

N Seshu Kumar and Usha Devi Yalavarthi. A Comprehensive Review on Machine Learning Based. Journal of Physics: Conference Series 1964 (2021) 062098. doi:10.1088/1742-6596/1964/6/062098

Anil Kumar Pandey and M. P. Singh. Antenna Optimization using Machine Learning Algorithms and their Applications: A Review. Engineering Science and Technology Review 17 (2) (2024) 128 - 144. doi:10.25103/jestr.172.14

P. A. Gajbhiye, S. P. Singh, and M. K. Sharma, A comprehensive review of AI and machine learning techniques in antenna design optimization and measurement, Discover Electronics, vol. 2, art. 46, 2025. https://link.springer.com/article/10.1007/s44291-025-00084-9

Rachit Jain, Vandana Vikas Thakare, P.K. Singhal. Enhancing circular microstrip patch antenna performance using machine learning models. Electronics and Energetics Vol. 36, No 4, December 2023, pp. 589 - 600. https://doi.org/10.2298/FUEE2304589J

Karthika K., Arun Kumar S., Kishoreram K., Parameswaran R., Praaveen D. Machine Learning Assisted Antenna Design for 5G Applications. 2024 International Conference on Electrical Electronics and Computing Technologies (ICEECT). DOI: 10.1109/ICEECT61758.2024.10738870

Rajendran Ramasamy and Maria Anto Bennet. An Efficient Antenna Parameters Estimation Using Machine Learning Algorithms. Progress In Electromagnetics Research C, Vol. 130, 169-181, 2023

Praveen Kumar Kancherla, Amulya Boyina. Design and optimization of 5G SUB-BAND antenna using machine learning. Journal of Nonlinear Analysis and Optimization. Vol. 15, Issue. 2: 2024. ISSN :1906-9685

Xi Wang DAI, Da Li MI, Hao Tian WU, Yu Hui ZHANG. Design of Compact Patch Antenna Based on Support Vector Regression. RADIOENGINEERING, VOL. 31, NO. 3, SEPTEMBER 2022. DOI: 10.13164/re.2022.0339

Sarbagya Ratna Shakya, Matthew Kube and Zhaoxian Zhou. A comparative analysis of machine learning approach for optimizing antenna design. International Journal of Microwave and Wireless Technologies, Volume 16, Issue 3, April 2024, pp. 487 - 497. DOI: https://doi.org/10.1017/S1759078723001009

Doshant Verma, Pinku Ranjan, Alka Verma, Pankaj Kumar Goswami, Neeraj Kaushik. Machine learning assisted S11 prediction for a slotted square patch antenna in 5.8 GHz WLAN band. FACTA UNIVERSITATIS. Series: Electronics and Energetics Vol. 37, No 4, December 2024, pp. 687 – 701 https://doi.org/10.2298/FUEE2404687V

Ameni Mersani, Kawther Mekki, Omrane Necibi. Parametric Simulation Dataset of a 2.4 GHz Patch Antenna with Slot for AI-based S11 Prediction. Data in Brief. Available online 17 December 2025, 112398. https://doi.org/10.1016/j.dib.2025.112398

Irene Merino-Fernandez, Javier del Pino & Sunil Khemchandani. Design of rectangular patch antennas through machine learning. Scientific Reports volume 15, Article number: 33605 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-18939-2

Vinod Babu Pusuluri, A M Prasad, Naresh K Darimireddy. (2025). Design of 5G Dual Band Antenna and Optimization using Machine Learning Techniques. Indian Journal of Science and Technology 18(30): 2442-2452. https://doi.org/ 10.17485/IJST/v18i30.910

Ruhit Shah; Md Jamiul Haque; Md Samsuzzaman; Md Abdul Masud; Rezaul Azim; Ismail Hossain. Patch Antenna Design and Optimization Using Machine Learning Techniques. 2024 6th International Conference on Sustainable Technologies for Industry 5.0 (STI). DOI: 10.1109/STI64222.2024.10951052

Mona K. ElAbbasi, Mervat Madi, Karim Y. Kabalan, Jihan Salah. Optimizing microstrip patch antenna performance: Leveraging machine learning for comparative analysis of antenna di-mensions and slot structures. Results in Engineering. Volume 28, December 2025, 107523 https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.107523

Yih-Chien Chen, Kasturi Sankeerth Kumar. Machine-learning-based prediction of return loss for coaxial probe-fed microstrip patch antennas: a comparative study of SVR, ANN, XGBoost, and Random Forest. Seventh International Conference on Image, Video Processing, and Artificial Intelligence (IVPAI 2025); 137310X (2025) https://doi.org/10.1117/12.3076059

Slawomir Koziel, Anna Pietrenko-Dabrowska & Stanislaw Szczepanski. Multi-objective artificial-intelligence-based parameter tuning of antennas using variable-fidelity machine learning. Scientific Reports volume 15, Article number: 21693 (2025). https://www.nature.com/articles/s41598-025-05657-y

Ismail Akdag. Estimation of Scattering Parameters of U-Slotted Rectangular RFID Patch Antenna with Machine Learning Models. Journal of Artificial Intelligence and Data Science (JAIDA), Vol. 1, No. 1, pp. 63-70, 2021. https://dergipark.org.tr/en/pub/jaida/article/1060243

Fredelino A. Galleto Jr., Aaron Don M. Africa. Optimization of microstrip antenna S11 gain using fuzzy rough set-based pseudocode algorithm. e-Prime - Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy. Volume 13, September 2025. https://doi.org/10.1016/j.prime.2025.101061

Загрузки

Опубликован

29.12.2025

Как цитировать

Юсупова, Г. ., Мирзакулова, Ш., Бакирова, Н. ., Мусапирова, Г. ., Эрманова, Д. ., & Малаев, А. (2025). МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МИКРОПОЛОСКОВЫХ ПАТЧ-АНТЕНН НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ . Вестник КазАТК, 1(S1), 474–489. https://doi.org/10.52167/1609-1817-2025-1-S1-474-489

Выпуск

Раздел

Автоматизация, телемеханика, связь, компьютерные науки

Категории


Цели в области устойчивого развития:

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

Похожие статьи

Вы также можете начать расширеннвй поиск похожих статей для этой статьи.