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.
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
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.