Detail předmětu

Microwaves and RF Design

FEKT-GCVTAk. rok: 2019/2020

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.

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)
GILL, P.E., MURRAY, W. Numerical methods for constrained optimization. London: Academic Press, 1974. (EN)
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

angličtina

Osnovy výuky

Přednášky:
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.

Laboratorní cvičení:
1. MATLAB pro výpočetní elektromagnetismus.
2. Metoda konečných diferencí, modální analýza rezonátoru.
3. Metoda konečných prvků, modální analýza rezonátoru.
4. Metoda konečných prvků, šíření vlny ve vlnovodu.
5. Metoda konečných prvků, obecně tvarovaný vlnovod.
6. Konečné prvky v časové oblasti.
7. Návrh kmitočtových filtrů.
8. Lokální optimalizace.

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 TECO-G magisterský navazující

    obor G-TEC , 2. ročník, zimní semestr, 5 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor