Quasi-Global Optimization of Antenna Structures Using Principal Components and Affine Subspace-Spanned Surrogates - Publikacja - MOST Wiedzy

Wyszukiwarka

Quasi-Global Optimization of Antenna Structures Using Principal Components and Affine Subspace-Spanned Surrogates

Abstrakt

Parametric optimization is a mandatory step in the design of contemporary antenna structures. Conceptual development can only provide rough initial designs that have to be further tuned, often extensively. Given the topological complexity of modern antennas, the design closure necessarily involves full-wave electromagnetic (EM) simulations and—in many cases—global search procedures. Both factors make antenna optimization a computationally expensive endeavor: population-based metaheuristics, routinely used in this context, entail significant computational overhead. This letter proposes a novel approach that interleaves trust-region gradient search with iterative parameter space exploration by means of local kriging surrogate models. Dictated by efficiency, the latter are rendered in low-dimensional subspaces spanned by the principal components of the antenna response Jacobian matrix, extracted to identify the directions of the maximum (frequency-averaged) response variability. The aforementioned combination of techniques enables quasi-global search at the cost comparable to local optimization. These features are demonstrated using two antenna examples as well as benchmarking against multiple-start local tuning.

Cytowania

  • 6

    CrossRef

  • 7

    Web of Science

  • 6

    Scopus

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 9 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Creative Commons: CC-BY otwiera się w nowej karcie

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Kategoria:
Publikacja w czasopiśmie
Typ:
artykuły w czasopismach
Opublikowano w:
IEEE Access nr 8, strony 50078 - 50084,
ISSN: 2169-3536
Język:
polski
Rok wydania:
2020
Opis bibliograficzny:
Tomasson J., Kozieł S., Pietrenko-Dąbrowska A.: Quasi-Global Optimization of Antenna Structures Using Principal Components and Affine Subspace-Spanned Surrogates// IEEE Access -Vol. 8, (2020), s.50078-50084
DOI:
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.1109/access.2020.2980057
Bibliografia: test
  1. S. Kim and S. Nam, ''A compact and wideband linear array antenna with low mutual coupling,'' IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 67, no. 8, pp. 5695-5699, Aug. 2019. otwiera się w nowej karcie
  2. P. S. M. Yazeen, C. V. Vinisha, S. Vandana, M. Suprava, and R. U. Nair, ''Electromagnetic performance analysis of graded dielectric inhomoge- neous streamlined airborne radome,'' IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 65, no. 5, pp. 2718-2723, May 2017. otwiera się w nowej karcie
  3. S. K. Karki, J. Ala-Laurinaho, V. Viikari, and R. Valkonen, ''Effect of mutual coupling between feed elements on integrated lens antenna perfor- mance,'' IET Microw., Antennas Propag., vol. 12, no. 10, pp. 1649-1655, Aug. 2018. otwiera się w nowej karcie
  4. M. D. Gregory, Z. Bayraktar, and D. H. Werner, ''Fast optimization of electromagnetic design problems using the covariance matrix adaptation evolutionary strategy,'' IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 59, no. 4, pp. 1275-1285, Apr. 2011. otwiera się w nowej karcie
  5. S. Basbug, ''Design and synthesis of antenna array with movable elements along semicircular paths,'' IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 16, pp. 3059-3062, 2017. otwiera się w nowej karcie
  6. R. Bhattacharya, R. Garg, and T. K. Bhattacharyya, ''Design of a PIFA-driven compact yagi-type pattern diversity antenna for handheld devices,'' IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 15, pp. 255-258, 2016. otwiera się w nowej karcie
  7. U. Ullah and S. Koziel, ''A broadband circularly polarized wide-slot antenna with a miniaturized footprint,'' IEEE Ant. Wireless Prop. Lett., vol. 17, no. 12, pp. 2454-2458, Dec. 2018. otwiera się w nowej karcie
  8. M. A. Fakih, A. Diallo, P. Le Thuc, R. Staraj, O. Mourad, and E. A. Rachid, ''Optimization of efficient dual band PIFA system for MIMO half-duplex 4G/LTE and full-duplex 5G communications,'' IEEE Access, vol. 7, pp. 128881-128895, 2019. otwiera się w nowej karcie
  9. A. Deb, J. S. Roy, and B. Gupta, ''A differential evolution performance comparison: Comparing how various differential evolution algorithms per- form in designing microstrip antennas and arrays,'' IEEE Antennas Propag. Mag., vol. 60, no. 1, pp. 51-61, Feb. 2018. otwiera się w nowej karcie
  10. D. Ding and G. Wang, ''Modified multiobjective evolutionary algorithm based on decomposition for antenna design,'' IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 61, no. 10, pp. 5301-5307, Oct. 2013. otwiera się w nowej karcie
  11. A. Lalbakhsh, M. U. Afzal, and K. P. Esselle, ''Multiobjective particle swarm optimization to design a time-delay equalizer metasurface for an electromagnetic band-gap resonator antenna,'' IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 16, pp. 912-915, 2017. otwiera się w nowej karcie
  12. S. K. Goudos, K. Siakavara, T. Samaras, E. E. Vafiadis, and J. N. Sahalos, ''Self-adaptive differential evolution applied to real-valued antenna and microwave design problems,'' IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 59, no. 4, pp. 1286-1298, Apr. 2011. otwiera się w nowej karcie
  13. R.-Q. Wang and Y.-C. Jiao, ''Synthesis of wideband rotationally symmetric sparse circular arrays with multiple constraints,'' IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 18, no. 5, pp. 821-825, May 2019. otwiera się w nowej karcie
  14. A. Darvish and A. Ebrahimzadeh, ''Improved fruit-fly optimization algo- rithm and its applications in antenna arrays synthesis,'' IEEE Trans. Anten- nas Propag., vol. 66, no. 4, pp. 1756-1766, Apr. 2018. otwiera się w nowej karcie
  15. A. Aldhafeeri and Y. Rahmat-Samii, ''Brain storm optimization for elec- tromagnetic applications: Continuous and discrete,'' IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 67, no. 4, pp. 2710-2722, Apr. 2019. otwiera się w nowej karcie
  16. S. Karimkashi and A. A. Kishk, ''Invasive weed optimization and its features in electromagnetics,'' IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 58, no. 4, pp. 1269-1278, Apr. 2010. otwiera się w nowej karcie
  17. A. M. Alzahed, S. M. Mikki, and Y. M. M. Antar, ''Nonlinear mutual cou- pling compensation operator design using a novel electromagnetic machine learning paradigm,'' IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 18, no. 5, pp. 861-865, May 2019. otwiera się w nowej karcie
  18. J. Tak, A. Kantemur, Y. Sharma, and H. Xin, ''A 3-D-printed W-band slotted waveguide array antenna optimized using machine learning,'' IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 17, no. 11, pp. 2008-2012, Nov. 2018. otwiera się w nowej karcie
  19. H. M. Torun and M. Swaminathan, ''High-dimensional global optimization method for high-frequency electronic design,'' IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol. 67, no. 6, pp. 2128-2142, Jun. 2019. otwiera się w nowej karcie
  20. W.-C. Weng, F. Yang, and A. Z. Elsherbeni, ''Linear antenna array syn- thesis using Taguchi's method: A novel optimization technique in electro- magnetics,'' IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 55, no. 3, pp. 723-730, Mar. 2007. otwiera się w nowej karcie
  21. J. B. Liu, Z. X. Shen, and Y. L. Lu, ''Optimal antenna design with QPSO-QN optimization strategy,'' IEEE Trans. Magn., vol. 50, no. 2, Feb. 2014, Art. no. 7015904. otwiera się w nowej karcie
  22. M. F. Pantoja, P. Meincke, and A. R. Bretones, ''A hybrid genetic-algorithm space-mapping tool for the optimization of antennas,'' IEEE Trans. Anten- nas Propag., vol. 55, no. 3, pp. 777-781, Mar. 2007. otwiera się w nowej karcie
  23. I. T. Jolliffe, Principal Component Analysis, 2nd ed. New York, NY, USA: Springer, 2002. otwiera się w nowej karcie
  24. N. V. Queipo, R. T. Haftka, W. Shyy, T. Goel, R. Vaidynathan, and P. K. Tucker, ''Surrogate based analysis and optimization,'' Prog. Aerosp. Sci., vol. 41, no. 1, pp. 1-28, Jan. 2005. otwiera się w nowej karcie
  25. B. Beachkofski and R. Grandhi, ''Improved distributed hypercube sampling,'' in Proc. Amer. Inst. Aeronaut. Astronaut. (AIAA), 2002, p. 1274. otwiera się w nowej karcie
  26. A. I. J. Forrester and A. J. Keane, ''Recent advances in surrogate-based optimization,'' Progr. Aerosp. Sci., vol. 45, nos. 1-3, pp. 50-79, Jan.- Apr. 2009. otwiera się w nowej karcie
  27. A. R. Conn, N. I. M. Gould, and P. L. Toint, Trust Region Methods. Philadelphia, PA, USA: MPS-SIAM Series on Optimization, 2000. otwiera się w nowej karcie
  28. C. G. Broyden, ''A class of methods for solving nonlinear simultaneous equations,'' Math. Comput., vol. 19, no. 92, p. 577, 1965. otwiera się w nowej karcie
  29. M. G. N. Alsath and M. Kanagasabai, ''Compact UWB monopole antenna for automotive communications,'' IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 63, no. 9, pp. 4204-4208, Sep. 2015. otwiera się w nowej karcie
  30. Y.-C. Chen, S.-Y. Chen, and P. Hsu, ''Dual-band slot dipole antenna fed by a coplanar waveguide,'' in Proc. IEEE Antennas Propag. Soc. Int. Symp., Jul. 2006, pp. 3589-3592.
Weryfikacja:
Politechnika Gdańska

wyświetlono 32 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi