A Novel Trust-Region-Based Algorithm with Flexible Jacobian Updates for Expedited Optimization of High-Frequency Structures - Publikacja - MOST Wiedzy

Wyszukiwarka

A Novel Trust-Region-Based Algorithm with Flexible Jacobian Updates for Expedited Optimization of High-Frequency Structures

Abstrakt

Simulation-driven design closure is mandatory in the design of contemporary high-frequency components. It aims at improving the selected performance figures through adjustment of the structure’s geometry (and/or material) parameters. The computational cost of this process when employing numerical optimization is often prohibitively high, which is a strong motivation for the development of more efficient methods. This is especially important in the case of complex and multi-parameter structures. In the paper, an expedited trust-region-based algorithm for electromagnetic (EM)-driven design optimization of high-frequency structures is proposed. The presented technique involves a flexible sensitivity update scheme depending on the relative design changes with respect to the trust region size, as well as a direction of the design relocation and its alignment with the coordinate system axes. This allows for performing finite-differentiation-based sensitivity updates less frequently and, consequently, brings considerable computational savings. Numerical results obtained for an ultra-wideband antenna and a microwave coupler demonstrate that the proposed algorithm outperforms the reference procedure in terms of the number of EM simulations necessary to arrive at the optimized solution (around 50 percent). At the same time, the design quality loss is minor.

Cytowania

  • 0

    CrossRef

  • 0

    Web of Science

  • 0

    Scopus

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 35 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Copyright (2019 John Wiley & Sons, Ltd)

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Kategoria:
Publikacja w czasopiśmie
Typ:
artykuły w czasopismach
Opublikowano w:
INTERNATIONAL JOURNAL OF NUMERICAL MODELLING-ELECTRONIC NETWORKS DEVICES AND FIELDS nr 32, strony 1 - 10,
ISSN: 0894-3370
Język:
angielski
Rok wydania:
2019
Opis bibliograficzny:
Pietrenko-Dąbrowska A.: A Novel Trust-Region-Based Algorithm with Flexible Jacobian Updates for Expedited Optimization of High-Frequency Structures// INTERNATIONAL JOURNAL OF NUMERICAL MODELLING-ELECTRONIC NETWORKS DEVICES AND FIELDS -Vol. 32,iss. 5 (2019), s.1-10
DOI:
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.1002/jnm.2613
Bibliografia: test
  1. Koziel S, Ogurtsov S. Antenna design by simulation-driven optimization. Surrogate- based approach. New York: Springer; 2014. otwiera się w nowej karcie
  2. Zhang J, Zhang C, Feng F, Zhang W, Ma J, Zhang QJ. Polynomial chaos-based approach to yield-driven EM optimization. IEEE Trans Microwave Theory Tech. 2018; 66(7): 3186-3199. otwiera się w nowej karcie
  3. Sevgi L. Electromagnetic modeling and simulation. IEEE Press Series on Electromagnetic Wave Theory; 2014. otwiera się w nowej karcie
  4. Koziel S, Bekasiewicz A. Multi-objective design of antennas using surrogate models. Singapur: World Scientific; 2016. otwiera się w nowej karcie
  5. Koziel S, Kurgan P. Compact cell topology selection for size-reduction-oriented design of microstrip rat-race couplers. Int J RF Microwave Comput Aided Eng. 2018; 28(5). otwiera się w nowej karcie
  6. Nocedal J, Wright SJ. Numerical Optimization. 2nd ed. New York: Springer; 2006. otwiera się w nowej karcie
  7. Lalbakhsh A, Afzal MU, Esselle KP. Multiobjective particle swarm optimization to design a time-delay equalizer metasurface for an electromagnetic band-gap resonator antenna. IEEE Antennas Wirel Propag Lett. 2017; 16: 915-915. otwiera się w nowej karcie
  8. Darvish A, Ebrahimzadeh A. Improved fruit-fly optimization algorithm and its applications in antenna array synthesis. IEEE Trans Antennas Propag. 2018; otwiera się w nowej karcie
  9. Joshi D, Dash S, Jatana HS, Bhattacharjee R, Trivedi G. Analog circuit optimization using adjoint network based sensitivity analysis. AEU -Int J Electr Comm. 2017, 82:221-225. otwiera się w nowej karcie
  10. Koziel S, Bekasiewicz A. Rapid design optimization of antennas using variable- fidelity EM models and adjoint sensitivities. Eng Comput, 2016;33(7):2007-2018. otwiera się w nowej karcie
  11. Xiao LY, Shao W, Ding X, Wang BZ. Dynamic adjustment kernel extreme learning machine for microwave component design. IEEE Trans Microwave Theory Tech. 2018;66(10):4452-4461. otwiera się w nowej karcie
  12. Fu H, Vong C-M, Wong P-K, Yang Z. Fast detection of impact location using kernel extreme learning machine. Neural Comput Applicat. 2016; 27(1):121-130. otwiera się w nowej karcie
  13. Koziel S. Fast simulation-driven antenna design using response-feature surrogates. Int J RF Microwave Comput Aided Eng. 2015;25(5):394-402. otwiera się w nowej karcie
  14. Baratta IA, de Andrade CB, de Assis RR, Silva EJ. Infinitesimal dipole model using space mapping optimization for antenna placement. IEEE Antennas Wirel Propag Lett. 2018;17(1):17-20. otwiera się w nowej karcie
  15. Xu J, Li M, Chen R. Space mapping optimisation of 2D array elements arrangement to reduce the radar cross-scattering. IET Microw Antennas Propag. 2017; otwiera się w nowej karcie
  16. Xu J, Li M, Chen R. Lump-loaded antenna optimization by manifold mapping algorithm with method of moments. Eng Analysis Boundary Elem. 2018; 89:45-49. otwiera się w nowej karcie
  17. de Villiers DIL, Couckuyt I, Dhaene T. Multi-objective optimization of reflector antennas using kriging and probability of improvement. IEEE Int Symp Ant Prop. 2017:985-986. otwiera się w nowej karcie
  18. Chávez-Hurtado JL, Rayas-Sánchez JE. Polynomial-based surrogate modeling of RF and microwave circuits in frequency domain exploiting the multinomial theorem. IEEE Trans Microwave Theory Tech. 2016; 64(12):4371-4381. otwiera się w nowej karcie
  19. Hassan SO, Etman AS, Soliman EA. Optimization of a novel nano antenna with two radiation modes using kriging surrogate models. IEEE Photonics Journal. 2018;10(4):1-17. otwiera się w nowej karcie
  20. Jacobs JP. Characterization by Gaussian processes of finite substrate size effects on gain patterns of microstrip antennas. IET Microw Antennas Propag. 2016;10(11): 1189-1195. otwiera się w nowej karcie
  21. Jacobs JP, Koziel S. Two-stage framework for efficient Gaussian process modeling of antenna input characteristics. IEEE Trans Antennas Propag. 2014; 62(2):706-713. otwiera się w nowej karcie
  22. Barmuta P, Ferranti F, Gibiino GP, Lewandowski A, Schreurs DMM. Compact behavioral models of nonlinear active devices using response surface methodology. IEEE Trans Microwave Theory Tech. 2015; 63(1):56-64. otwiera się w nowej karcie
  23. Bandler JW, Cheng QS, Dakroury SA, Mohamed AS, Bakr MH, Madsen K, Sondergaard J. Space mapping: the state of the art. IEEE Trans Microwave Theory Tech. 2004; 52(1):337-361. otwiera się w nowej karcie
  24. Simsek M. Aoad A. Multiple operating frequency selections for reconfigurable antenna design by SM based optimization IET Microw Antennas Propag. 2017; otwiera się w nowej karcie
  25. Koziel S, Leifsson L. Simulation-driven design by knowledge-based response correction techniques. New York: Springer; 2016. otwiera się w nowej karcie
  26. Su Y, Lin J, Fan Z, Chen R. Shaping optimization of double reflector antenna based on manifold mapping. Int Applied Comput Electromagn Society Symp (ACES). 2017.
  27. Koziel S, Kurgan P. Compact cell topology selection for size-reduction-oriented design of microstrip rat-race couplers. Int J RF Microwave Comput Aided Eng. 2018;28(5). otwiera się w nowej karcie
  28. Koziel S, Kurgan P. Inverse modeling for fast design optimization of small-size rat- race couplers incorporating compact cells. Int J RF Microwave Comput Aided Eng. 2018;28(5). otwiera się w nowej karcie
  29. Conn AR, Gould NIM, Toint PL. Trust Region Methods. MPS-SIAM Series on Optimization; 2000. otwiera się w nowej karcie
  30. Alsath MGN, Kanagasabai M. Compact UWB monopole antenna for automotive communications. IEEE Trans Antennas Propag. 2015;63(9):4204-4208. otwiera się w nowej karcie
  31. Koziel S, Bekasiewicz A, Kurgan P. Rapid design and size reduction of microwave couplers using variable-fidelity EM-driven optimization. Int J RF Microwave Comput Aided Eng. 2016;26(1):27-35. otwiera się w nowej karcie
  32. Koziel S, Pietrenko-Dabrowska A. An efficient trust-region algorithm for wideband antenna optimization, European Antennas and Propagation Conference, Krakow, Poland, 2019. otwiera się w nowej karcie
Źródła finansowania:
  • Narodowe Centrum Nauki 2015/17/B/ST6/01857
Weryfikacja:
Politechnika Gdańska

wyświetlono 81 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi