Surrogate-based multi-objective optimization of compact microwave couplers

• Autorzy: Kurgan P. , Kozieł S.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2016.09.19

Warianty tytułu

PL

Wielokryterialna optymalizacja kompaktowych sprzęgaczy mikrofalowych przy użyciu metody modeli zastępczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work presents a rigorous methodology for expedited simulation-driven multi-objective design of microwave couplers with compact footprints. The proposed approach is a viable alternative for computationally expensive population-based metaheuristics and exploits a surrogate-assisted point-by-point Pareto set determination scheme that utilizesfor the sake of computational efficiencyspace-mapping-corrected equivalent circuit models. The technique is showcased using a complex design example of a compact rat-race coupler, for which a set of nine alternative design solutions is efficiently identified. The latter illustrate the best possible trade-offs between conflicting design objectives for the structure at hand, that is, operational bandwidth and layout area. The overall design cost corresponds to approximately twenty high-fidelity electromagnetic simulations of the miniaturized coupler.

PL

W pracy zaprezentowano metodologię projektowania kompaktowych sprzęgaczy mikrofalowych w oparciu o efektywną numerycznie analizę wielokryterialną. Proponowane podejście stanowi atrakcyjną alternatywę dla populacyjnych metod metaheurustycznych i polega na wyznaczeniu poszczególnych rozwiązań Pareto-optymalnych poprzez jednokryterialną optymalizację z ograniczenami, wykorzystującą modele obwodowe i metodę odwzorowania przestrzeni. Przykładem zastosowania przedstawionej metody jest projekt zminiaturyzowanego sprzęgacza pierścieniowego, dla którego wyznaczono dziewięć konkurencyjnych rozwiązań układowych, przedstawiających kompromis pomiędzy sprzecznymi kryteriami projektowymi, tj. pasmem pracy i powierzchnią struktury. Całkowity koszt projektowania nie przekracza dwudziestu symulacji elektromagnetycznych zminiaturyzowanego sprzęgacza mikrofalowego.

Słowa kluczowe

EN

microwave circuit miniaturization; multi-objective optimization; simulation-driven design; surrogate-based optimization; space mapping (SM)

PL

miniaturyzacja układów mikrofalowych; optymalizacja wielokryterialna; symulacyjne metody projektowania; metoda modeli zastępczych; odwzorowanie przestrzenne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 92, nr 9
• Strony: 73--76
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kurgan P.

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Electronics, Telecommunications and Informatics, G. Narutowicza 11/12 str., 80-233 Gdańsk, Poland

autor

Kozieł S.

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Electronics, Telecommunications and Informatics, G. Narutowicza 11/12 str., 80-233 Gdańsk, Poland

Bibliografia

• [1] Yeung S.H., Man K.F., Multiobjective Optimization, IEEE Microw. Mag., vol. 12, (2011), no. 6, 120-133
• [2] Tseng C.-H., Chen H.-J., Compact Rat-Race Coupler Using Shunt-Stub-Based Artificial Transmission Lines, IEEE Microw. Wireless Comp. Lett., vol. 18, (2008), no. 11, 734-736
• [3] Ghal i H., Moselhy T.A., Miniaturized Fractal Rat-Race, Branch-Line, and Coupled-Line Hybrids, IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 52, (2004), no. 10, 2513-2520
• [4] Liao S.-S., Sun P.-T., Chin N.-C., Peng J.-T., A Novel Compact-Size Branch-Line Coupler, IEEE Microw. Wireless Comp. Lett., vol. 15, (2005), no. 9, 588-590
• [5] Koziel S., Bekasiewicz A., Kurgan P., Rapid EM-Driven Design of Compact RF Circuits By Means of Nested Space Mapping, IEEE Microw. Wireless Comp. Lett., vol. 24, (2014), no. 6, 364-366
• [6] Deb K., Multi-Objective Optimization Using Evolutionary Algorithms, John Wiley & Sons, NY, 2001
• [7] Bekasiewi cz A., Płotka B., Kurgan P., Kitl i ński M., Genetic Algorith-Based Design Flow of Microstrip Patch Coupler Incorporating Defected Ground Structures, KKE’11, Darłówko Wschodnie 2011
• [8] Agilent ADS, Agilent Technologies, 1400 Fountaingrove Parkway, Santa Rosa, CA 95403-1799, 2011
• [9] CST Microwave Studio, ver. 2013, CST AG, Bad Nauheimer Str. 19, D-64289 Darmstadt, Germany, 2013
• [10] Koziel S., Ogur t sov S., Multi-Objective Design of Antennas Using Variable-Fidelity Simulations and Surrogate Models, IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 61, (2013), no. 12, 5931- 5939

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.