Recent advances in shape optimization techniques of 3-D integrated lens antennas

Institut d'Electronique et de Télécommunications de Rennes (IETR), www.ietr.org. UMR CNRS 6164, Université de Rennes 1, Campus de Beaulieu, Bâtiment 11D, Avenue du Général Leclerc, 35042 Rennes Cedex, France. Email: ronan.sauleau@univ-rennes1.fr

Abstract

We describe here two design methodologies for the shape optimization of a particular kind of focusing devices, the so-called 3-D integrated lens antennas (ILAs). The objective is to determine the best lens shapes that comply with given radiation characteristics. The first technique is a step-wise approach: the first step consists in solving the synthesis problem using Geometrical Optics (GO) principles, and, in the second one, the GO shape is optimized locally to fulfill the target specifications. This approach leads to an ill-posed problem and is only applicable to single-shell configurations. To overcome these limitations, an alternative technique consists of a global optimization of the ILA, using genetic algorithms (GAs) for instance. The capabilities of both design tools are highlighted numerically. Future trends in the shape optimization of lens antennas are also discussed.

Résumé

Dans cet article, nous décrivons les deux méthodologies principales actuellement utilisées pour l'optimisation de forme de dispositifs de focalisation du type antennes lentilles intégrées 3-D. L'objectif principal du processus d'optimisation consiste à définir une forme optimale de lentille de façon à satisfaire des propriétés en rayonnement prédéfinies. La première méthodologie comporte deux étapes successives : elle consiste d'abord en une résolution préalable du problème inverse au sens de l'optique géométrique, puis en une optimisation locale de la forme ainsi prédéterminée. Le problème non linéaire à résoudre est mal conditionné et cette approche ne s'applique aujourd'hui qu'à des configurations simple coque. Afin de s'affranchir de ces limitations, une solution alternative consiste à effectuer une optimisation globale de l'antenne en couplant un noyau générique de calcul asymptotique à un algorithme d'optimisation globale (du type algorithme génétique par exemple). Les potentialités de ces deux techniques sont illustrées grâce à plusieurs exemples numériques. Enfin nous définissons les principaux besoins actuellement exprimés en optimisation de dispositifs focalisants.