Comparación de algoritmos de optimización aplicados a la configuración de un arreglo de antenas no uniforme para el proyecto J-ARGUS

Abstract

Esta tesis presenta el diseño de configuraciones no uniformes de arreglos de antenas para las estaciones del proyecto J-ARGUS (Jicamarca Augmented Radar for Geospace and Upper Atmosphere Studies), a instalarse en Santa María (Lima) y Huancayo. El objetivo es optimizar la distribución de 256 antenas en un área circular de 100 m de diámetro, con el fin de obtener patrones de radiación con lóbulos laterales reducidos y un haz angosto, comparables a un arreglo uniforme de referencia. La metodología incluyó la revisión de técnicas para reducción de lóbulos laterales en arreglos uniformes y el diseño de arreglos dispersos, que requieren algoritmos de optimización numérica para lograr configuraciones con características deseables. Se aplicaron y compararon tres algoritmos: Simulated Annealing, Gradient Descent-Kogan y Pattern Search, evaluando su convergencia y costo computacional. Se realizaron pruebas preliminares con arreglos de 19 antenas en un área de 25 m para comparar el desempeño de cada algoritmo. Luego, se aplicaron al caso de 256 antenas en 100 m, con el fin de seleccionar el más adecuado para optimizar los arreglos en las distintas direcciones de apuntamiento requeridas. Los resultados muestran que las configuraciones optimizadas alcanzan niveles de lóbulos laterales inferiores a –23.34 dB en todos los ángulos evaluados para 50 MHz, frente a –17.34 dB del arreglo uniforme de referencia. Además, las configuraciones presentan baja variabilidad en la directividad, especialmente en Santa María, donde los requerimientos de apuntamiento son más acotados que en Huancayo. Finalmente, se demostró que, mediante algoritmos basados en gradientes como Gradient Descent-Kogan, es posible obtener distribuciones óptimas para arreglos dispersos de gran apertura, reduciendo el número de elementos a instalar sin comprometer significativamente el desempeño del sistema.