On fast optimization of quasi-periodic slow-wave structures: application to broadband microwave coupler miniaturization

• Autorzy: Kurgan P. , Kozieł S.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2016.09.18

Warianty tytułu

PL

Na temat szybkiej optymalizacji quasi-periodycznych struktur ze spowolnieniem fali. Miniaturyzacja szerokopasmowego sprzęgacza mikrofalowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work discusses design optimization of quasi-periodic slow-wave structures in the context of wideband branch-line coupler miniaturization. Size reduction is achieved by using slow-wave structures as substitutes for conventional transmission lines that constitute a reference circuit. Selection of a specific cell realization as well as determination of a repetition factor of the quasi-periodic slow-wave structure is accomplished by optimization-based theoretical studies. The principal design procedure involves cell optimization using electromagnetic simulations, local response surface approximation modeling of the single cell, and surrogate-based optimization of the slow-wave structure composed of cascaded cell approximation models. Surrogatebased design closure is applied to account for T-junction effects neglected throughout the design process. The final coupler exhibits a high-performance operation over a 31% bandwidth and occupies only 1/3 of the reference circuit area.

PL

W pracy omówiono problem optymalizacji quasi-periodycznych struktur ze spowolnieniem fali w kontekście miniaturyzacji szerokopasmowego sprzęgacza gałęziowego. Redukcja powierzchni została osiągnięta poprzez zastosowanie struktur ze spowolnieniem fali jako zamienników dla konwencjonalnych linii transmisyjnych, które są podstawowymi elementami składowymi obwodu referencyjnego. Połączenie kaskadowe kilku komórek ze spowolnieniem fali umożliwia uzyskanie szerokiego pasma pracy kompletnej struktury. Wybór konkretnej realizacji komórki oraz określenie współczynnika powtarzalności dla quasi-periodycznej struktury ze spowolnieniem fali jest przeprowadzone na podstawie badań teoretycznych opartych na optymalizacji. Właściwa procedura projektowania wykorzystuje optymalizację elektromagnetyczną pojedynczej komórki oraz jej lokalne modelowanie aproksymacyjne, a następnie metodę modeli zastępczych do przeprowadzenia efektywnej optymalizacji kaskadowego połączenia lokalnych modeli aproksymacyjnych pojedynczej komórki. Ponadto zastosowano efektywną procedurę strojenia sprzęgacza gałęziowego w celu uwzględnienia efektów łączników typu T. Otrzymana w ten sposób struktura cechuje się wysoką wydajnością oraz pracą szerokopasmową przy zajmowanej powierzchni odpowiadającej 1/3 powierzchni struktury referencyjnej.

Słowa kluczowe

EN

broadband branch-line couplers; microwave circuit miniaturization; response surface approximation; simulation-driven design; surrogate-based optimization; space mapping (SM)

PL

szerokopasmowe sprzęgacze gałęziowe; miniaturyzacja układów mikrofalowych; aproksymacja odpowiedzi; symulacyjne metody projektowania; metoda modeli zastępczych

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 92, nr 9
• Strony: 69--72
• Opis fizyczny: Bibliogr., 15 poz., rys.

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] 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
• [2] Chun Y.-H., Hong J.-S., Compact wide-band branch-line hybrids, IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 54, (2006), no. 2, 704-709
• [3] Kurgan P., Ki t linski M., Novel doubly perforated broadband microstrip branch-line couplers, Microw. Opt. Tech. Lett., vol. 51, (2009), no. 9, 2149-2152
• [4] Tseng C.-H., Wu C.-H., Design of compact branch-line couplers using π-equivalent artificial transmission lines, IET Microw. Ant. Propag., vol. 6, (2012), no. 9, 969-974
• [5] Kurgan P., Filipcewi c z J., Ki t linski M., Development of a compact microstrip resonant cell aimed at efficient microwave component size reduction, IET Microw. Ant. Propag., vol. 6, (2012), no. 12, 1291-1298
• [6] Koziel S., Kurgan P., Rapid design of miniaturized branchline couplers through concurrent cell optimization and surrogate-assisted fine-tuning, IET Microw. Ant. Propag., vol. 9, (2015), no. 9, 957-963
• [7] Seki S., Hasegawa H., Cross-tie slow-wave coplanarwaveguide on semi-insulating GaAs substrates, Electr. Lett., vol. 17, (1981), no. 17, 940-941
• [8] Koziel S., Lei f sson L. (Eds.), Surrogate-based modeling and optimization. Applications in Engineering, Springer, 2013
• [9] Bandler J.W., Cheng Q.S., Dakroury S.A., Mohamed A.S., Bakr M.H., Madsen K., Sondergaard J., Space mapping: the state of the art, IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 52, (2004), no. 1, 337-361
• [10] 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
• [11] Mongia R., Bahl I., Bhar t ia P., RF and Microwave Coupled Line Circuits, Artech House, 1999
• [12] Lev y R., Lind L., Synthesis of symmetrical branch-guidedirectional couplers, IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 16, (1968), no. 2, 80-89
• [13] 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
• [14] Agilent ADS, Agilent Technologies, 1400 Fountaingrove Parkway, Santa Rosa, CA 95403-1799, 2011
• [15] Sonnet, version 14.54. Sonnet Software, North Syracuse, NY, US, 2013

Uwagi

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