[論文レビュー] Modelling and Design of a Microstrip Band-Pass Filter Using Space Mapping Techniques

Saeed Tavakoli, Mahdieh Zeinadini+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2010

Microwave Engineering and Waveguides参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、計算的に高価な電磁界シミュレーションへの依存度を低減するために、空間マッピング技術を用いたマイクロストリップ帯域除去フィルタの効率的設計手法を提案する。明示的および暗黙的応答残差空間マッピングを用いることで、微細モデルの評価回数を最小限に抑えながら高精度なフィルタ最適化を達成し、設計精度を維持したまま顕著な計算コストの削減を実現した。

ABSTRACT

Determination of design parameters based on electromagnetic simulations of microwave circuits is an iterative and often time-consuming procedure. Space mapping is a powerful technique to optimize such complex models by efficiently substituting accurate but expensive electromagnetic models, fine models, with fast and approximate models, coarse models. In this paper, we apply two space mapping, an explicit space mapping as well as an implicit and response residual space mapping, techniques to a case study application, a microstrip band-pass filter. First, we model the case study application and optimize its design parameters, using explicit space mapping modelling approach. Then, we use implicit and response residual space mapping approach to optimize the filter's design parameters. Finally, the performance of each design methods is evaluated. It is shown that the use of above-mentioned techniques leads to achieving satisfactory design solutions with a minimum number of computationally expensive fine model evaluations.

研究の動機と目的

• 電磁界シミュレーションを用いたマイクロストリップ帯域除去フィルタの最適化における計算コストを低減すること。
• 明示的および暗黙的空間マッピング技術がミリ波フィルタ設計においてどの程度有効であるかを評価すること。
• 最適化プロセス中に高価な微細モデルの評価回数を最小限に抑えること。
• 異なる空間マッピングアプローチの性能を比較し、高精度なフィルタ応答を達成する能力を検証すること。

提案手法

• 詳細な電磁界（微細）モデルの代わりに高速で近似可能な（粗い）モデルを用いるために、明示的空間マッピングを適用すること。
• 粗いモデルと微細モデルの差異を段階的に是正するため、暗黙的応答残差空間マッピングを実装すること。
• 代理の粗いモデルに基づいてフィルタ設計パラメータを反復的に最適化するための反復最適化手法を用いること。
• 最終的な設計の正確性を確認するため、完全な電磁界シミュレーションと比較して検証すること。
• 両方の空間マッピング技術を統合した一貫した設計ワークフローとしてフィルタ最適化に統合すること。
• 収束速度および精度の観点から、両手法の性能を比較して評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 空間マッピング技術は、マイクロストリップフィルタ設計に必要な高価な電磁界シミュレーションの回数を顕著に削減できるか？
• RQ2 明示的および暗黙的空間マッピングアプローチは、フィルタ応答パラメータの最適化においてどのように比較できるか？
• RQ3 応答残差空間マッピングは、フィルタ設計における収束性および正確性をどの程度向上させるか？
• RQ4 ミリ波フィルタ最適化において空間マッピングを用いる際、計算効率と設計正確性のトレードオフはどのようなものか？

主な発見

• 明示的空間マッピングアプローチは、微細モデルの評価回数を最小限に抑えながら高精度なフィルタ設計を達成した。
• 暗黙的応答残差空間マッピング手法は、明示的空間マッピングと比較してより高速な収束性と向上した正確性を示した。
• 両空間マッピング技術とも、完全な電磁界シミュレーションを直接用いた最適化と比較して顕著な計算コストの削減を実現した。
• 最終的な設計は、望ましい帯域除去フィルタ仕様を高い忠実度で満たした。
• 空間マッピングの活用により、最終的なフィルタ性能の正確性を損なうことなく、効率的な最適化が可能になった。