Desarrollo de métodos de análisis y optimización aplicados a estructuras periódicas

• Autores: Ángel Luis Gutiérrez López
• Directores de la Tesis: José Basterrechea Verdeja (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Cantabria ( España ) en 2014
• Idioma: español
• Número de páginas: 219
• Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Zapata Ferrer (presid.), Marta Domingo Gracia (secret.), Francisco José Ares Pena (voc.)
• Materias:
  • Matemáticas
    • Ciencia de los ordenadores
      • Heurística
    • Análisis numérico
  • Física
    • Electromagnetismo
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
      • Antenas
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  • Tesis en acceso abierto en: UCrea
• Resumen
  • español

    Esta Tesis Doctoral presenta una metodología que, mediante la combinación de una técnica de análisis numérico muy eficiente y optimizadores de tipo heurístico, permite abordar el diseño optimizado de estructuras periódicas multicapa planas con un número arbitrario de medios dieléctricos y con celdas unidad rectangulares del mismo tamaño. El empleo de un método de análisis eficiente constituye un requisito básico de la metodología propuesta dado que el único nexo de unión entre los optimizadores y el problema real se establece mediante funciones de coste que implican el análisis de la respuesta de la estructura en cada paso del optimizador. Por tanto, dado que prácticamente todo el esfuerzo computacional recae sobre la evaluación de esta función de coste, se ha desarrollado un método de análisis multicapa basado en el CG-FFT que permite obtener de forma muy eficiente el campo dispersado por la estructura periódica. Este método formula la interacción armónica entre capas metálicas en términos de una función de Green multicapa basada en una serie de factores de traslación modal. Se ha realizado un extenso y detallado estudio relativo a la eficiencia de los métodos de optimización considerados para abordar el problema. En este estudio se han considerado diferentes versiones de optimizadores basados en algoritmos genéticos (GA), optimización mediante enjambres de partículas (PSO) y recocido simulado (SA). La metodología se ha aplicado en el ámbito del diseño de superficies selectivas en frecuencia (FSS) y conductores magnéticos artificiales (AMC). Además, se han construido varios prototipos de superficies periódicas monocapa y multicapa y una antena de bajo perfil basada en un plano AMC optimizado que han sido caracterizados experimentalmente.

  • English

    This dissertation presents a methodology that, by means of the combination of a very efficient numerical analysis technique and heuristic optimizers, allows to cope with the optimized design of planar multilayer periodical structures consisting of an arbitrary number of layers and with equal size rectangular unit cells. The use of an efficient analysis method is a basic requirement for the methodology proposed because the only relationship between the optimizers and the real problem is given in terms of cost functions involving the analysis of the structure response at each step of the optimizer. Thus, taking into account that most of the computational effort falls on the evaluation of this cost function, a multilayer CG-FFT analysis method that makes it possible to obtain the field scattered by the periodic structure in an efficient way has been developed. A thorough and detailed study concerning the efficiency of the optimization methods considered to tackle the problem has been carried out. In this study different versions of optimizers based on genetic algorithms (GA), particle swarm optimization (PSO) and simulated annealing (SA) have been considered. The methodology has been applied in the field of frequency selective surfaces (FSS) and artificial magnetic conductors (AMC) design. Moreover, several monolayer and multilayer periodic surfaces prototypes as well as an optimized AMC based low profile antenna have been built and experimentally characterized.