Contributions to the development of the advanced optimization methods for the design of microwave devices and circuits

• Auteur / Autrice : Alireza Mahanfar
• Direction : Michel Aubourg, Stéphane Bila
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique des hautes fréquences et optoélectronique. Communications optiques et micro-ondes
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optimisation par essaims particulaires

Dispositifs à micro-ondes

Résumé

Ce mémoire est dédié à l'amélioration des méthodes d'optimisation classiquement utilisées pour la conception électromagnétique des circuits et dispositifs micro-ondes. Les améliorations apportées par ce travail ont concerné deux axes : - L'utilisation de modèles électromagnétiques paramétrés permettant d'accélérer les procédures d'optimisation en court-circuitant les simulations numériques. Le travail est consacré à la paramétrisation de la géométrie et à son application à l'optimisation des dispositifs micro-ondes. Il est montré qu'en utilisant la paramétrisation géométrique, la boucle d'optimisation classique peut être fondamentalement modifiée, de sorte à limiter au strict minimum le nombre d'analyses électromagnétiques. La paramétrisation du maillage est une étape essentielle pour la paramétrisation géométrique efficace du modèle électromagnétique: plusieurs techniques sont alors présentées et illustrées avec quelques exemples. - L'utilisation de méthodes évolutionnaires efficaces comme stratégie d'optimisation pour réduire les risques de divergence ou d'optimum local traditionnellement rencontrés avec les stratégies de type gradient. Une nouvelle technique évolutionnaire, très récemment introduite dans le domaine de l'électromagnétisme est la méthode des « essaims particulaires » (particle Swarm Optimization - PSO). Les détails de la technique sont tout d'abord donnés puis appliqués à l'optimisation de circuits et dispositifs micro-ondes à travers plusieurs exemples.

This dissertation deals with the improvement of the optimization methods classically used for the electromagnetic design of the microwave devices and circuits. The improvement are addressed mainly through two distinct approaches : - The use of parameterized electromagnetic models that enables accelerating the procedures of optimization by avoiding multiple calculations of the electromagnetic fields. The major attention is devoted to tbe parameterization of the geometry and its application to the optimization of the microwave devices. It is shown that by using geometrical parameterization, the traditionalloop of optimization can be basically modified, so that the number of required electromagnetic analyses will be minimal. The parameterization of mesh is essential for effective geometrical parameterization of an electromagnetic model: several techniques are then presented and illustrated with some examples. - The use of effective evolutionary methods to reduce the risks of divergence that happens when using gradient-based techniques. This is specifically important when there is no or a little knowledge about the initial structure dimensions and/or its topology. A new evolutionary technique, very lately introduced into the field ofelectromagnetism is the method of the Particle Swarm Optimization (PSO). The technique and its different variants are discussed in detail followed by several examples which deploys different potentials ofthis technique.