Detail předmětu

CAD in Microwaves

FEKT-NCVTAk. rok: 2016/2017

Studenti seznámí s principy a s použitím základních numerických metod (metoda konečných diferencí, metoda konečných prvků, momentová metoda) pro analýzu mikrovlnných struktur na kmitočtech stovek MHz až desítek GHz. Kurs pokračuje probíráním standardních a nestandardních optimalizačních postupů (gradientní a newtonovské metody, genetické algoritmy) a jejich aplikací na návrh mikrovlnných obvodů a antén. V rámci samostatného projektu si studenti navrhnou, vyrobí a proměří zadanou planární strukturu.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

7

Garant předmětu

prof. Dr. Ing. Zbyněk Raida

Zajišťuje ústav

Ústav radioelektroniky (UREL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen (1) použít základní numerické metody pro analýzu mikrovlnných obvodů a antén, (2) využít standardní a nestandardní optimalizační postupy pro návrh mikrovlnných struktur, (3) navrženou strukturu realizovat a experimentálně ověřit její vlastnosti.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti základů elektromagnetismu (Maxwellovy rovnice) a základů numerických metod (numerické integrování a derivování, řešení maticových rovnic).

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Přednášky, cvičení na počítači, samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

Studenti mohou získat během semestru 40 bodů za aktivní práci v počítačových cvičeních. Za individuální projekt je uděleno maximálně 30 bodů, za zápočtový test lze získat dalších 30 bodů.

Osnovy výuky

1. Úvod do výpočetního elektromagnetismu, MATLAB
2. Metoda konečných diferencí: rozložení potenciálu v kondenzátoru, šíření vlny ve vlnovodu
3. Metoda konečných prvků: rozložení potenciálu v kondenzátoru, šíření vlny ve vlnovodu
4. Metoda konečných prvků: analýza dvoj- a trojrozměrných struktur
5. Konečné diference v časové oblasti: přechodné jevy ve vlnovodech
6. Konečné prvky v časové oblasti: přechodné jevy ve vlnovodech
7. Momentová metoda: analýza drátových antén
8. Komerční software: ANSOFT HFSS, ANSOFT Designer
9. Klasické optimalizační metody: nejstrmější sestup, Newtonova metoda, Optimization Toolbox programu MATLAB
10. Metody globální optimalizace: genetické algoritmy, metoda roje částic, multikriteriální úlohy
11. Návrh planárních filtrů
12. Návrh děličů výkonu
13. Návrh dalších planárních komponentů

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s principy základních numerických metod pro analýzu mikrovlnných obvodů a antén, a dále s využitím standardních i nestandardních optimalizačních postupů pro návrh mikrovlnných struktur.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

GILL, P. E., MURRAY, W. Numerical methods for constrained optimization. London: Academic Press, 1974 (EN)
SILVESTER, P. P., FERRARI, R. L. Finite Elements for Electrical Engineers. Cambridge: Cambridge University Press, 1996 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-MN magisterský navazující

    obor MN-MEL , 2 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor MN-EST , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Dr. Ing. Zbyněk Raida

Osnova

Metoda konečných diferencí: rozložení potenciálu v kondenzátoru, šíření vlny ve vlnovodu.
Metoda konečných prvků: rozložení potenciálu v kondenzátoru, šíření vlny ve vlnovodu
Metoda konečných prvků: analýza dvoj- a trojrozměrných struktur
Metoda konečných prvků: ověření přesnosti programů ve FEMLABu
Konečné diference v časové oblasti: přechodné jevy ve vlnovodech
Konečné prvky v časové oblasti: přechodné jevy ve vlnovodech
Momentová metoda: analýza drátových antén
Momentová metoda: analýza planárních antén
Momentová metoda: ověření přesnosti programů ve FEMLABu a ANSOFT Designeru
Klasické optimalizační metody
Metody globální optimalizace
Umělé neuronové sítě

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Dr. Ing. Zbyněk Raida

Osnova

Metoda konečných diferencí: rozložení potenciálu v kondenzátoru, šíření vlny ve vlnovodu.
Metoda konečných prvků: rozložení potenciálu v kondenzátoru, šíření vlny ve vlnovodu
Metoda konečných prvků: analýza dvoj- a trojrozměrných struktur
Metoda konečných prvků: ověření přesnosti programů ve FEMLABu
Konečné diference v časové oblasti: přechodné jevy ve vlnovodech
Konečné prvky v časové oblasti: přechodné jevy ve vlnovodech
Momentová metoda: analýza drátových antén
Momentová metoda: analýza planárních antén
Momentová metoda: ověření přesnosti programů ve FEMLABu a ANSOFT Designeru
Klasické optimalizační metody
Metody globální optimalizace
Umělé neuronové sítě