| Titre : | Inverse prediction of a patch antenna parameters using Gaussian Process |
| Auteurs : | Messadi Zakaria Abdelhakim, Auteur ; Remmas Redouane Kadda, Auteur ; Bouras Bouhafs, Directeur de thèse |
| Type de document : | texte manuscrit |
| Editeur : | Université de Saïda – Dr. Moulay Tahar – Faculté des Mathématiques, de l’Informatique et des Télécommunications, 2025/2026 |
| Format : | 84ص |
| Accompagnement : | CD |
| Langues: | Français |
| Index. décimale : | BUC-M 008568 |
| Catégories : |
MASTER en Télécommunications Spécialité : Réseaux et Télécommunications |
| Mots-clés: | microstrip patch antenna, inset feed, neural networks, surrogate model, Gaussian process, HFSS, Finite Element Method, Latin Hypercube Sampling, 6 GHz design. antenne patch microruban, alimentation par inset, réseaux de neurones, modèle substitut, processus gaussien, HFSS, méthode des éléments finis, échantillonnage par hypercube latin, conception à 6 GHz. : هوائي مربعي، تغذية tesni ،شبكات عصبية، منوذج بديل، عملية غوسية، SSHH ،طريقة العناصر املنتهية، ختطيط التيين هايربكيوب، 6 جيجاهرتز،حتسني اهلوائيات. |
| Résumé : |
The rapid expansion of modern wireless communication systems — including 5G, the
Internet of Things (IoT) and short-range radar applications — has reinforced the demand for compact, low-profile and easily-integrable antennas. Among the candidate technologies, the microstrip patch antenna remains one of the most attractive options because of its planar geometry, light weight and low fabrication cost. However, the design of such antennas requires accurate full-wave electromagnetic simulations, whose computational cost rapidly becomes prohibitive when several hundred candidate geometries must be evaluated within an optimization loop. The present thesis investigates the use of neural-network surrogate models to drastically accelerate the design of an inset-fed microstrip patch antenna intended to operate around 6 GHz. The work is built upon a complete and reproducible numerical pipeline: (i) the antenna is modelled in Ansys HFSS using the Finite Element Method (FEM); (ii) a Latin Hypercube Sampling (LHS) plan explores the six-dimensional design space (L, W, h, εᵣ, y₀, g); (iii) the resulting simulations feed two families of surrogate models — a Multilayer Perceptron (MLP) and a Gaussian process — that learn the mapping from geometry to the three key performance metrics fr, |S₁₁|min and BW. A total of 150 LHS designs were generated and all of them successfully converged in HFSS, providing a complete and well-balanced dataset of 150 samples. The dataset was split into 120 designs for training and 30 designs for validation. A composite cost function combining a quadratic frequency penalty, a one-sided matching constraint and a bandwidth reward has been defined to drive the surrogate-assisted optimization. The methodology established in the present manuscript thus offers a generic, automated and reproducible blueprint that can be transposed to any patch antenna design problem, paving the way to the very low-cost surrogate-assisted optimization campaigns of the next chapter. Le développement rapide des systèmes de communication sans fil modernes — 5G, Internet des Objets (IoT) et applications radar à courte portée — a renforcé la demande d'antennes compactes, à faible profil et facilement intégrables. Parmi les technologies candidates, l'antenne patch microruban reste l'une des options les plus attractives en raison de sa géométrie planaire, de sa légèreté et de son faible coût de fabrication. Néanmoins, la conception de telles antennes nécessite des simulations électromagnétiques pleines ondes précises, dont le coût de calcul devient rapidement prohibitif lorsque plusieurs centaines de géométries doivent être évaluées dans une boucle d'optimisation. Le présent mémoire étudie l'utilisation de modèles substituts à base de réseaux de neurones pour accélérer drastiquement la conception d'une antenne patch microruban à alimentation par inset, destinée à fonctionner autour de 6 GHz. Le travail repose sur une chaîne numérique complète et reproductible : (i) l'antenne est modélisée dans Ansys HFSS via la méthode des éléments finis (FEM) ; (ii) un plan d'échantillonnage par hypercube latin (LHS) explore l'espace de conception à six dimensions (L, W, h, εᵣ, y₀, g) ; (iii) les simulations obtenues alimentent deux familles de modèles substituts — un perceptron multicouche (MLP) et un processus gaussien — qui apprennent la correspondance entre la géométrie et les trois métriques de performance (fr, |S₁₁|min, BW). Un plan LHS de 150 configurations a été généré et toutes les simulations ont convergé avec succès dans HFSS, fournissant une base de données complète et équilibrée de 150 échantillons, répartis en 120 designs pour l'entraînement et 30 pour la validation. Une fonction de coût composite combinant une pénalité quadratique de fréquence, une contrainte d'adaptation à un seul côté et une récompense de bande passante a été définie pour piloter l'optimisation assistée par modèle substitut. La méthodologie établie offre ainsi un cadre générique, automatisé et reproductible, transposable à tout problème de conception d'antennes patch. أدىالتطور المتسارع ألنظمة االتصاالت الالسلكية الحديثة — كالجيل الخامس وإنترنت األشياء وتطبيقات الرادار قصير سمكمنخفض وقابلة ل إلدماجبسهولة . وتظلالهوائيات المربعية المدى— إلى تنامي الطلب على هوائيات مدمجة، ذات ُ المربوعيةالمطبوعة على شريط رفيع )Patch (Microstrip من أبرز الحلول لما تتميز به من بنية مسطحة وخفة في الوزنوكلفة تصنيع منخفضة . غيرأن تصميم هذه الهوائيات يتطلب محاكاة كهرومغناطيسية كاملة عالية الدقة، تصبح كلفتهاالحس ابيةشديدة االرتفاع عند تقييم مئات الهندسات داخل حلقة تحسين . يبحثهذا العمل في استخدام نماذج بديلة )models (surrogate قائمة على الشبكات العصبية لتسريع تصميم هوائي مربعيذي تغذية مدمجة بـ inset، يعمل حول 6 جيجاهرتز . وتعتمدالمنهجية على سلسلة عددية كاملة وقا بلةللتكرار )(1 : نمذجةالهوائي في HFSS Ansys عبر طريقة العناصر المنتهية، )(2 توليد خطة عينات بتقنية Hypercube Latin Samplingالستكشاففضاء التصميم ذي األبعاد الستة )gy₀, εᵣ, h, W, (L, ، )(3 استخدام نتائج المحاكاة لتغذية نموذجينبديلين — شبكة عصبية متعددة ا لطبقات)(MLP ونموذج غوسي — يتعلمان العالقة بين الهندسة ومقاييس األداءالثالثة fr و |S₁₁|min وBW. تمتوليد خطة LHS مكونة من 150 تصمي ً ما،وقد التقت جميعها بنجاح في HFSS، مما وفّر قاعدة بيانات كاملة ومتوازنة من150 عينة، قُس ّمتإلى مجموعة تدريب من 120 تصمي ًً ماومجموعة تحقق من 30 تصمي ً ما. واعتُمدتدالة كلفة مر ّ كبة تجمعبين عقوبة تربيعية النحراف التردد، وقيد أحادي الجانب على المطابقة، ومكافأة لعرض النطاق، لتوجيه عملية قابالللتكرار يم كننقله إلى أي مسألة تصميم إطاراعا ً ماوآليًا ً ً التحسينالمدعومة بالنموذج البديل . وتقدمالمنهجية المقترحة لهوائيمربعي . |
Exemplaires
| Code-barres | Cote | Support | Localisation | Section | Disponibilité |
|---|---|---|---|---|---|
| aucun exemplaire |
Documents numériques (1)
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