Detail předmětu

CAD v mikrovlnné technice

FEKT-MCVTAk. rok: 2017/2018

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.

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).

Doporučená nebo povinná literatura

SILVESTER, P. P., FERRARI, R. L. Finite Elements for Electrical Engineers. Cambridge: Cambridge University Press, 1996 (EN)
SAINATI, R. A. CAD of Microstrip Antennas for Wireless Applications. London: Artech House, 1996 (EN)
GILL, P. E., MURRAY, W. Numerical methods for constrained optimization. London: Academic Press, 1974 (EN)
RAIDA, Z. et al. Mikrovlnné struktury z netradičních materiálů. Odborné monografie. Odborné monografie. Brno: MJ Servis, 2011. 410 s. ISBN: 978-80-214-4419-5. (CS)
DAVIDSON, D. B. Computational electromagnetics for RF and microwave engineering, 2/E, Cambridge: Gambridge University Press, 2010: (EN)

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.

Jazyk výuky

čeština

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

Cíl

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.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Program EEKR-M1 magisterský navazující
obor M1-EST , 1. ročník, zimní semestr, 7 kreditů, volitelný oborový
obor M1-MEL , 2. ročník, zimní semestr, 7 kreditů, volitelný mimooborový
Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)
obor ET-CZV , 1. ročník, zimní semestr, 7 kreditů, volitelný oborový