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コンピュータシミュレーションを使用したゼロからのマイクロ波デバイスの設計

Anonim

何十年もの間、移動通信用のアンテナやレーダーで使用される導波管のようなマイクロ波装置の基本設計は、本質的に専門家の創造性に依存していました。 コンピュータシミュレーションは通常、最終設計段階でのみ使用され、設計の詳細を微調整します。 マイクロ波デバイス設計に対するこの古典的アプローチは、スウェーデンのUmeåUniversityのEmadeldeen Hassan博士論文に挑戦されています。

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「コンピュータを初期設計段階で適切に使用すると、10年の設計プロセスを数時間に短縮できるだけでなく、優れた性能を備えた革新的な新デザインも手に入れることができます」とEmadeldeen Hassan氏は言います。

古典的な設計プロセスは、人間の設計者が考案したデバイスの初期概念レイアウトから始まります。 パフォーマンスの改善は、今日のコンピュータシミュレーションと最適化アルゴリズムが頻繁に使用されるデザインの詳細の変更によって実現されます。 たとえば、1979年にPeter Gibsonはアンテナを導入し、ビバルディアンテナと名付けました。 このアンテナは、弱い信号を検出する感度が高く、したがって、乳癌の早期検出のためのマイクロ波の使用の試みなど、医療用途での使用が広く検討されている。

「ビバルディアンテナの基本的なコンセプトは、過去36年間に幅広く取り組まれ、さまざまな形で調整されてきましたが、このすべてを単一の概念的な形に費やすのが妥当かどうかということです」とEmadeldeen Hassan氏は言います。

彼の論文で取り上げられている質問は、次のとおりです。最初のデバイスレイアウトに偏っているわけではなく、最初から始めればどうなるでしょうか?「これらの両方の質問に対して、答えは「はい」となります」Emadeldeen Hassanが宣言します。

この論文では、強力なコンピューティングシステムに実装されたシミュレーションと最適化のための正確な数値アルゴリズムのツール群を探索し、それらを統合してマイクロ波デバイスの効率的なスクラッチ設計を可能にします。 この方法は、例えば、近くの物体を検出するために感度の良いアンテナを設計するために使用されてきた。

このアルゴリズムは数時間の計算時間で明らかになりました。その中でも1つのアンテナは古典的なビバルディアンテナと似ていましたが、これは最高の性能を発揮する設計ではありませんでした。アルゴリズムからアンテナが出現した。

この方法のもう一つの応用は、レーダーシステムの重要な部分を設計することであった。 うまく設計されたマッチング遷移は、システムのエネルギー効率を改善し、過熱のリスクを低減します。 この方法論によって、新規なマッチング遷移が見出され、製造されたプロトタイプ上の測定は遷移の高い性能を確認した。

Emadeldeen HassanはUmeå大学のUMIT Research Labとコンピューティングサイエンス部門で大学院の研究を行っています。 エジプトのメヌーフィア大学で電子工学の学士号と修士号を取得しています。

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ストーリーソース:

Umeåuniversitetによって提供される資料。 注:コンテンツはスタイルと長さのために編集することができます。