روشی سریع برای طراحی فیلترهای مایکروویو مبتنی بر روش پارامترهای S با استفاده از الگوریتم‌های بهینه‌سازی ژنتیک و ازدحام ذرات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 استادیار گروه مخابرات، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

در این مقاله یک روش دقیق و مناسب برای طراحی فیلترهای موج‌بری مایکروویو مبتنی بر پارامترهای S با استفاده از الگوریتم‌های بهینه‌سازی ارائه شده است. از آنجایی که برای طراحی کل ساختار فیلتر تنها مشخصات تمام موج بخشی از فیلتر (یک بلوک سازنده آن) مورد نیاز است، روش پیشنهادی بسیار سریع است. در اینجا از سه الگوریتم بهینه‌سازی متفاوت شامل الگوریتم ژنتیک (GA)، الگوریتم ازدحام ذرات (PSO) و الگوریتم ازدحام ذرات کوانتومی(QPSO) برای به‌دست آوردن پاسخ فیلتری مناسب استفاده شده و عملکرد آن‌ها در طراحی فیلتر با یکدیگر مقایسه شده است. صحت سنجی این روش از طریق شبیه‌سازی تمام موج با نرم‌افزار CST برای فیلترهای دارای post، روزنه سلفی (iris) و صفحه E (Eplane) به ترتیب در باندهای فرکانسی Ku، X و W مورد بررسی قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Fast Design of Waveguide Microwave Filters Using Genetic Algorithm and Particle Swarm Optimization Based on the S-parameters Method

نویسندگان [English]

  • R. Ahmadi Vanhari 1
  • A. Bakhtafrouz 2
1 Department of Electrical and Computer Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran
2 Department of Electrical and Computer Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran
چکیده [English]

In this article an accurate and efficient procedure to design microwave waveguide filters is presented which is based on the S-parameters method combined with optimization algorithms. The proposed method is fast, since only the full-wave characteristics of a small part of the filter (one building block) are required to design the whole filter. Three different optimization algorithms; genetic algorithm (GA), particle swarm optimization algorithm (PSO) and quantum particle swarm optimization algorithm (QPSO) are used for tuning the filter response and their performances in filter design are compared. This approach is verified through full-wave simulation using commercial software for post filter, iris filter, and E-plane metal insert filter at Ku, X and W frequency bands, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Waveguide Microwave Filters
  • S-Parameters Method
  • Genetic Algorithm
  • Particle Swarm Optimization
  • Quantum Particle Swarm Optimization
  • Multi-Objective Optimization
  
   [1]      M. Khajavi, N. Khajavi, and F. Hojat Kashani, “Designing a microstrip dual-band bandpass filter (BPF) with suitable isolation between two passbands,” Journal of Radar, vol. 4, no. 4, 2017. (In Persian)##
   [2]      G. Matthaei, E. Jones, and L. Young, “Microwave filters, impedance-matching networks, and coupling structures (artech microwave library),” 1964.##
   [3]      J. S. G. Hong and M. J. Lancaster, “Microstrip filters for rf/microwave applications,” vol. 167, John Wiley & Sons.##
   [4]      I. Hunter, “Theory and design of microwave filters,” Iet, vol. 48, 2001.##
   [5]      M. I. Lai and S. K. Jeng, “Compact microstrip dual-band bandpass filters design using genetic-algorithm techniques,” IEEE Transactions on Microwave Theory and techniques, vol. 54, no. 1, pp. 160-168, 2006.##
   [6]      W. Wang, Y. Lu, J. S. Fu, et al., “Particle swarm optimization and finite-element based approach for microwave filter design,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 41, no. 5, pp. 1800-1803, 2005.##
   [7]      R. L. Haupt and D. H. Werner, “Genetic algorithms in electromagnetics,” John Wiley & Sons.##
   [8]      J. M. Johnson and Y. R. Samii, “Genetic algorithms in electromagnetics,” In: Antennas and Propagation Society International Symposium, AP-S. Digest, vol. 2, IEEE, pp. 1480-1483, 1996.##
   [9]      Y. Rahmat-Samii and E. Michielssen, “Electromagnetic optimization by genetic algorithms,” John Wiley & Sons, 1999.##
[10]      A. Chipperfield and P. Fleming, “The MATLAB genetic algorithm toolbox,” 1995.##
[11]      C. M. Fonseca and P. J. Fleming, “Multiobjective genetic algorithms made easy: selection sharing and mating restriction,” First International Conference on Genetic Algorithms in Engineering Systems: Innovations and Applications, 1995.##
[12]      A. Chipperfield, “Genetic algorithms in engineering systems,” vol. 55, Iet, 1997.##
[13]      J. Robinson and Y. Rahmat-Samii, “Particle swarm optimization in electromagnetics,” IEEE transactions on antennas and propagation, vol. 52, no. 2, pp. 397-407, 2004.##
[14]      Y. Shi, et al., “Particle swarm optimization: developments, applications and resources,” In: evolutionary computation, Proceedings of the 2001 Congress on, vol. 1, IEEE, pp.   81-86, 2001.##
[15]      R. Poli, J. Kennedy, and T. Blackwell, “Particle swarm optimization. Swarm intelligence,” vol. 1, pp. 33-57, 2007.##
[16]      J. Sun, B. Feng, and W. Xu, “Particle swarm optimization with particles having quantum behavior,” In: Evolutionary Computation, 2004. CEC2004. Congress on, vol. 1, IEEE, pp. 325-331, 2004.##
[17]      S. Mikki and A. A. Kishk, “Quantum particle swarm optimization for electromagnetics,” arXiv 16 preprint physics/0702214, 2006.##
[18]      W. Fang, J. Sun, Y. Ding, et al., “A review of quantum-behaved particle swarm optimization,” IETE Technical Review, vol. 27, no. 4, pp. 336-348, 2010.##
[19]      S. Yang, M. Wang, et al., “A quantum particle swarm optimization,” In: Evolutionary Computation, CEC2004. Congress on, vol. 1, IEEE, pp. 320-324, 2004.##
[20]      M. Potok, “The design of inductive post-type microwave filters,” Journal of the British Institution of Radio Engineers, vol. 18, no. 5, pp. 263-272, 1958.##
[21]      J. Bornemann, R. Vahldieck, F. Arndt, et al., “Optimized low-insertion-loss millimetre-wave fin-line and metal insert filters,” Radio and Electronic Engineer, vol. 52, no. 11, pp. 513-521, 1982.##
[22]      J. Bornemann, R. Vahldieck, F. Arndt, and  D.Grauerholz, “Optimized low-insertion-loss millimetre-wave fin-line and metal insert filters,” Radio and Electronic Engineer, vol. 52, no. 11, pp. 513-521, 1982.##
[23]   R. Vahldieck, J. Bornemann, F. Arndt, and D. Grauerholz, “W-band low-insertion-loss E-plane filter (short paper),” IEEE transactionson microwave theory and techniques, vol. 32, no. 1, pp. 133-135, 1984.##