Abstrakt
In this work, a method for fast design optimization of broadband antennas is considered. The approach is based on a feature-based optimization (FBO) concept where reflection characteristics of the structure at hand are formulated in terms of suitably defined feature points. Redefinition of the design problem allows for reducing the design optimization cost, because the dependence of feature point coordinates on antenna dimensions is less nonlinear than for the original frequency characteristics (here, S-parameters). This results in faster convergence of the optimization algorithm. The cost of the design process is further reduced using variable-fidelity electromagnetic (EM) simulation models. In case of UWB antennas, the feature points are defined, among others, as the levels of the reflection characteristic at its local in-band maxima, as well as location of the frequency point which corresponds to acceptable reflection around the lower corner frequency within the UWB band. Also, the number of characteristic points depends on antenna topology and its dimensions. Performance of FBO-based design optimization is demonstrated using two examples of planar UWB antennas. Moreover, the computational cost of the approach is compared to conventional optimization driven by a pattern search algorithm. Experimental validation of the numerical results is also provided.
Cytowania
-
1 8
CrossRef
-
0
Web of Science
-
2 0
Scopus
Autorzy (2)
Cytuj jako
Pełna treść
- Wersja publikacji
- Accepted albo Published Version
- Licencja
- Copyright (2017 Wiley Periodicals, Inc.)
Słowa kluczowe
Informacje szczegółowe
- Kategoria:
- Publikacja w czasopiśmie
- Typ:
- artykuły w czasopismach
- Opublikowano w:
-
INTERNATIONAL JOURNAL OF RF AND MICROWAVE COMPUTER-AIDED ENGINEERING
nr 27,
strony 1 - 8,
ISSN: 1096-4290 - Język:
- angielski
- Rok wydania:
- 2017
- Opis bibliograficzny:
- Kozieł S., Bekasiewicz A.: Expedited simulation-driven design optimization of UWB antennas by means of response features// INTERNATIONAL JOURNAL OF RF AND MICROWAVE COMPUTER-AIDED ENGINEERING -Vol. 27,iss. 6 (2017), s.1-8
- DOI:
- Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.1002/mmce.21102
- Bibliografia: test
-
- A. Bekasiewicz, and S. Koziel, -Structure and computationally-efficient simulation-driven design of compact UWB monopole antenna,‖ IEEE Ant. Wireless Prop. Lett., vol. 14, pp. 1282-1285, 2015. otwiera się w nowej karcie
- S. Koziel, S. Ogurtsow, W. Zieniutycz, and A. Bekasiewicz, -Design of a planar UWB dipole antenna with an integrated balun using surrogate-based optimization,‖ IEEE Ant. Wireless Prop. Lett., vol. 14, pp. 366-369, 2015. otwiera się w nowej karcie
- A.A.Kishk and Y.M.M.Antar, -Dielectric resonator antennas,‖ in Antenna Engineering Handbook, J.L. Volakis, Editor, 4th ed., McGraw-Hill, 2007.
- C.C. Lin, S.W. Kuo, and H.R. Chuang, -A 2.4-GHz printed meander-line antenna for USB WLAN with notebook-PC housing,‖ IEEE Microwave Wireless Comp. Lett., vol. 15, no. 9, pp. 546-548, 2005. otwiera się w nowej karcie
- D. Pinchera and M.D. Migliore, -A Simple and Effective Procedure for Connector Deembedding in Antenna Arrays,‖ IEEE Ant. Wireless Prop. Lett., vol. 8, pp. 534-537, 2009. otwiera się w nowej karcie
- S. Chamaani, M.S. Abrishamian, S.A. Mirtaheri, -Time-domain design of UWB Vivaldi antenna array using multiobjective particle swarm optimization,‖ IEEE Ant. Wireless Prop. Lett., vol. 9, pp. 666-669, 2010. otwiera się w nowej karcie
- A. Bekasiewicz and S. Koziel, -Structure and design optimisation of compact UWB slot antenna,‖ Electronics Lett., vol. 52, no. 9, pp. 681-682, 2016. otwiera się w nowej karcie
- J. Nocedal and S. Wright, Numerical Optimization, 2 nd edition, Springer, New York, 2006. otwiera się w nowej karcie
- A. Conn, K. Scheinberg, and L.N. Vincente, Introduction to Derivative-Free Optimization, MPS-SIAM Series on Optimization, Philadelphia, 2009. otwiera się w nowej karcie
- R. L. Haupt, -Antenna design with a mixed integer genetic algorithm,‖ IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 55, no. 3, pp. 577-582, Mar. 2007. otwiera się w nowej karcie
- M. F. Pantoja, P. Meincke, and A. R. Bretones, -A hybrid genetic algorithm space- mapping tool for the optimization of antennas,‖ IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 55, no. 3, pp. 777-781, Mar. 2007. otwiera się w nowej karcie
- N. Jin and Y. Rahmat-Samii, -Parallel particle swarm optimization and finite-difference time-domain (PSO/FDTD) algorithm for multiband and wide-band patch antenna designs,‖ IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 53, no. 11, pp. 3459-3468, Nov. 2005. otwiera się w nowej karcie
- A. Halehdar, D.V. Thiel, A. Lewis, and M. Randall, -Multiobjective optimization of small meander wire dipole antennas in a fixed area using ant colony system,‖ Int. J. RF and Microwave CAE, vol. 19, No. 5, pp. 592-597, 2009. otwiera się w nowej karcie
- O.M.H. Ahmed, A.R. Sebak, T.A. Denidni, -Compact UWB printed monopole loaded with dielectric resonator antenna,‖ Electronics Lett., vol. 47, no. 1, pp. 7-8, 2011. otwiera się w nowej karcie
- C.-Y. Huang, J.-Y. Su, -A printed band-notched UWB antenna using quasi-self- complementary structure,‖ IEEE Ant. Wireless Prop. Lett., vol. 10, pp. 1151-1153, 2011
- S. Koziel and S. Ogurtsov, -Antenna design by simulation-driven optimization. Surrogate- based approach,‖ Springer, 2014. otwiera się w nowej karcie
- S. Koziel, X.S. Yang, and Q.J. Zhang (Eds.), -Simulation-driven design optimization and modeling for microwave engineering‖, Imperial College Press, 2013. otwiera się w nowej karcie
- N.V. Queipo, R.T. Haftka, W. Shyy, T. Goel, R. Vaidynathan, and P.K. Tucker, -Surrogate-based analysis and optimization,‖ Progress in Aerospace Sciences, vol. 41, no. 1, pp. 1-28, Jan. 2005. otwiera się w nowej karcie
- J.W. Bandler, Q.S. Cheng, S.A. Dakroury, A.S. Mohamed, M.H. Bakr, K. Madsen, and J. Søndergaard, -Space mapping: the state of the art,‖ IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 52, no. 1, pp. 337-361, Jan. 2004. otwiera się w nowej karcie
- S. Koziel, S. Ogurtsov, and S. Szczepanski, -Rapid antenna design optimization using shape-preserving response prediction,‖ Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Tech. Sci., vol. 60, pp. 143-149, 2012. otwiera się w nowej karcie
- S. Koziel, J.W. Bandler, and K. Madsen, ‖Space mapping with adaptive response correction for microwave design optimization,‖ IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 57, no. 2, pp. 478-486, 2009. otwiera się w nowej karcie
- S. Koziel, L. Leifsson, and S. Ogurtsov, -Reliable EM-driven microwave design optimization using manifold mapping and adjoint sensitivity,‖ Microwave Opt. Tech. Lett., vol. 55, pp. 809-813, 2013. otwiera się w nowej karcie
- S. Koziel and S. Ogurtsov, -Rapid optimization of omnidirectional antennas using adaptively adjusted design specifications and kriging surrogates,‖ IET Microwaves, Ant. Prop., vol. 7, no. 15, pp. 1194-1200, 2013. otwiera się w nowej karcie
- M.A. El Sabbagh, M.H. Bakr, and J.W. Bandler, -Adjoint higher order sensitivities for fast full-wave optimization of microwave filters,‖ IEEE Trans. Microw Theory Tech., vol. 54, pp. 3339-3351, 2006. otwiera się w nowej karcie
- S. Koziel, and A. Bekasiewicz, -Fast EM-driven size reduction of antenna structures by means of adjoint sensitivities and trust regions,‖ IEEE Ant. Wireless Prop. Lett., vol. 14, pp. 1681-1684, 2015. otwiera się w nowej karcie
- M. Ghassemi, M. Bakr and N. Sangary, -Antenna design exploiting adjoint sensitivity- based geometry evolution,‖ IET Microwaves Ant. Prop., vol. 7, no. 4, pp. 268-276, 2013. otwiera się w nowej karcie
- A. Khalatpour, R.K. Amineh, Q.S. Cheng, M.H. Bakr, N.K. Nikolova, and J.W. Bandler, -Accelerating space mapping optimization with adjoint sensitivities," IEEE Microwave Wireless Comp. Lett., vol. 21, no. 6, pp. 280-282, 2011. otwiera się w nowej karcie
- S. Koziel, S. Ogurtsov, Q.S. Cheng, and J.W. Bandler, -Rapid electromagnetic-based microwave design optimisation exploiting shape-preserving response prediction and adjoint sensitivities,‖ IET Microwaves, Ant. Prop., vol. 8, no. 10, pp. 775-781, 2014. otwiera się w nowej karcie
- S. Koziel, and J.W. Bandler, -Rapid Yield Estimation and Optimization of Microwave Structures Exploiting Feature-Based Statistical Analysis,‖ IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 63, no. 1, pp. 107-114, 2015. otwiera się w nowej karcie
- S. Koziel, S. Ogurtsov, -Fast surrogate-assisted simulation-driven optimisation of add-drop resonators for integrated photonic circuits,‖ IET Microwaves, Ant. Prop., vol. 9, no. 7, pp. 672-675, 2015. otwiera się w nowej karcie
- S. Koziel and A. Bekasiewicz, -Fast design optimization of UWB antennas using response features,‖ Int. Conf. Microwave Radar Wireless Comm., pp. 1-4, Krakow, 2016. otwiera się w nowej karcie
- O. Glubokov, and S. Koziel, -EM-driven tuning of substrate integrated waveguide filters exploiting feature-space surrogates,‖ Int. Microwave Symp., Tampa Bay, FL, USA, pp. 1-3, 2014. otwiera się w nowej karcie
- A.R. Conn, N.I.M. Gould, and P.L. Toint, Trust Region Methods, 2000 MPS-SIAM Series on Optimization, 2000. otwiera się w nowej karcie
- MathWorks MATLAB, v. 2012a, MathWorks, Inc., 3 Apple Hill Drive, Natick, MA 01760.
- X. Qing, Z.N. Chen, -Compact coplanar waveguide-fed ultra-wideband monopole-like slot antenna,‖ IET Microwaves Ant. Prop., vol. 3, no. 5, pp. 889-898, 2009. otwiera się w nowej karcie
- S. Koziel, and A. Bekasiewicz, -Low-cost multi-objective optimization of antennas using Pareto front exploration and response features,‖ to appear, IEEE Int. Symp. Ant. Prop., Fajardo, 2016. otwiera się w nowej karcie
- CST Microwave Studio, ver. 2013, CST AG, Bad Nauheimer Str. 19, D-64289 Darmstadt, Germany, 2013. otwiera się w nowej karcie
- T.G. Kolda, R.M. Lewis, V. Torczon, -Optimization by direct search: new perspectives on some classical and modern methods,‖ SIAM Review, vol. 45, no. 3, pp. 385-482, 2003. otwiera się w nowej karcie
- T.W. Hertel, -Cable-current effects of miniature UWB antennas,‖ IEEE Ant. Prop. Society Int. Symp., vol. 3A, pp. 524-527, 2005. otwiera się w nowej karcie
- C.A. Balanis, Modern antenna handbook, John Wiley & Sons, 2008. otwiera się w nowej karcie
- Weryfikacja:
- Politechnika Gdańska
wyświetlono 120 razy