Optimización de estructuras de redes de distribución de potencia en la banda K mediante funciones de coste

Abstract

En el presente proyecto de investigación se ha desarrollado y puesto a prueba un módulo de optimización de estructuras de redes de distribución de potencia basado en: el enlace CST Microwave Studio-Matlab, la formulación de funciones objetivo y el algoritmo de optimización de Nelder-Mead (implementado mediante la función nativa de Matlab fminsearch), para determinar los parámetros óptimos de acopladores direccionales branch-line de dos y tres ramas en tecnología Substrate Integrated Waveguide (SIW), a partir de sus equivalentes en guía de onda rectangular diseñados aplicando la base teórica de los circuitos de resonadores acoplados. La optimización se realiza cuando Matlab toma el control de manera secuencial sobre cuatro acciones clave de CST como son: modificar los parámetros del dispositivo bajo análisis, actualizar su geometría, iniciar la simulación y exportar los resultados de los parámetros S (que luego pasan a ser variables de la función objetivo), este proceso se realiza de forma iterativa conforme los pasos del algoritmo de Nelder-Mead hasta lograr que la función objetivo se minimice. Consiguiéndose diseños de acopladores branch-line con acoplamientos de -3+0.88dB, aislamientos menores a -20dB y una diferencia de fase de 90 2º entre los puertos de salida, para la banda de frecuencias comprendida entre 21.9GHz y 22.1GHz; todo esto con una reducción de alrededor del 14% del tiempo de cómputo, en comparación con el optimizador que incluye el programa CST.