Simulation-Driven Design Optimization and Modeling for Microwave Engineering

ویرایش: 1 
نویسندگان: Slawomir Koziel,  Xin-She Yang,  Qi-Jun Zhang (eds.)  
سری:  
ISBN (شابک) : 1848169167, 9781848169166 
ناشر: Imperial College Press 
سال نشر: 2013 
تعداد صفحات: 526 
زبان: English 
فرمت فایل : PDF (درصورت درخواست کاربر به PDF، EPUB یا AZW3 تبدیل می شود) 
حجم فایل: 6 مگابایت 

قیمت کتاب (تومان) : 43,000

تجزیه و تحلیل الکترومغناطیسی تمام موج (EM) به کمک کامپیوتر در دهه گذشته در مهندسی مایکروویو استفاده شده است. در ابتدا، حوزه کاربردی اصلی آن تأیید طراحی بود. امروزه، بهینه سازی مبتنی بر شبیه سازی EM و بسته شدن طراحی به دلیل پیچیدگی ساختارهای مایکروویو و افزایش تقاضا برای دقت اهمیت فزاینده ای پیدا می کند. در بسیاری از موقعیت‌ها، مدل‌های نظری سازه‌های مایکروویو تنها می‌توانند برای به دست آوردن طرح‌های اولیه که نیاز به تنظیم دقیق‌تر برای برآوردن الزامات عملکرد داده‌شده دارند، استفاده شوند. علاوه بر این، طراحی مبتنی بر EM برای تعداد فزاینده ای از دستگاه های مایکروویو مانند آنتن های باند فوق العاده (UWB)، آنتن های تشدید کننده دی الکتریک و مدارهای مجتمع بستر ضروری است. برای مدارهایی مانند این، هیچ مدل تئوری آماده طراحی در دسترس نیست، بنابراین بهبود طراحی تنها از طریق تنظیمات هندسی بر اساس شبیه‌سازی‌های تکراری و زمان‌بر امکان‌پذیر است. از سوی دیگر، فعل و انفعالات مختلف بین دستگاه های مایکروویو و محیط آنها، مانند سازه های تغذیه و محفظه، باید در نظر گرفته شود و این تنها از طریق آنالیز EM تمام موج امکان پذیر است.

شبیه‌سازی‌های الکترومغناطیسی می‌توانند بسیار دقیق باشند، اما از نظر محاسباتی گران هستند. بنابراین، روش‌های بهینه‌سازی طراحی عملی باید از نظر محاسباتی کارآمد باشند، به طوری که تعداد شبیه‌سازی‌های EM با وفاداری بالا به CPU تا حد امکان در طول فرآیند طراحی کاهش می‌یابد. به همین دلایل، تکنیک‌های ایجاد مدل‌های سریع و در عین حال دقیق ساختارهای مایکروویو بسیار مهم هستند.

در این کتاب ویرایش شده، نویسندگان تلاش می‌کنند تا بهینه‌سازی و مدل‌سازی طراحی مایکروویو مبتنی بر شبیه‌سازی را بررسی کنند. گروهی از کارشناسان بین المللی متخصص در جنبه های مختلف طراحی به کمک کامپیوتر مایکروویو طیف گسترده ای از آخرین پیشرفت ها و برنامه های کاربردی دنیای واقعی را خلاصه و بررسی می کنند. موضوعات شامل تکنیک‌های بهینه‌سازی طراحی متعارف و جایگزین، روش‌های بهره‌برداری از حساسیت الحاقی، تنظیم مبتنی بر شبیه‌سازی، نقشه‌برداری فضا، و چندین روش مدل‌سازی، مانند شبکه‌های عصبی مصنوعی و کریجینگ است. کاربردها و مطالعات موردی شامل فیلترهای مایکروویو، آنتن ها، ساختارهای یکپارچه بستر و اجزاء و مدارهای فعال مختلف است. این کتاب همچنین شامل چند فصل مقدماتی است که اصول بهینه‌سازی و مدل‌سازی، الگوریتم‌های مبتنی بر گرادیان و بدون مشتق، فراابتکاری و تکنیک‌های بهینه‌سازی مبتنی بر جایگزین، و همچنین روش‌های تفاضل محدود و اجزای محدود را برجسته می‌کند.

خوانندگان: فارغ التحصیلان، مدرسان و محققین مهندسی برق و همچنین مهندسانی که از بهینه سازی عددی در کار طراحی خود استفاده می کنند. این کتاب برای محققان در زمینه های مهندسی مایکروویو، طراحی آنتن و الکترومغناطیسی محاسباتی بسیار مورد توجه خواهد بود.

Computer-aided full-wave electromagnetic (EM) analysis has been used in microwave engineering for the past decade. Initially, its main application area was design verification. Today, EM-simulation-driven optimization and design closure become increasingly important due to the complexity of microwave structures and increasing demands for accuracy. In many situations, theoretical models of microwave structures can only be used to yield the initial designs that need to be further fine-tuned to meet given performance requirements. In addition, EM-based design is a must for a growing number of microwave devices such as ultra-wideband (UWB) antennas, dielectric resonator antennas and substrate-integrated circuits. For circuits like these, no design-ready theoretical models are available, so design improvement can only be obtained through geometry adjustments based on repetitive, time-consuming simulations. On the other hand, various interactions between microwave devices and their environment, such as feeding structures and housing, must be taken into account, and this is only possible through full-wave EM analysis.

Electromagnetic simulations can be highly accurate, but they tend to be computationally expensive. Therefore, practical design optimization methods have to be computationally efficient, so that the number of CPU-intensive high-fidelity EM simulations is reduced as much as possible during the design process. For the same reasons, techniques for creating fast yet accurate models of microwave structures become crucially important.

In this edited book, the authors strive to review the state-of-the-art simulation-driven microwave design optimization and modeling. A group of international experts specialized in various aspects of microwave computer-aided design summarize and review a wide range of the latest developments and real-world applications. Topics include conventional and surrogate-based design optimization techniques, methods exploiting adjoint sensitivity, simulation-based tuning, space mapping, and several modeling methodologies, such as artificial neural networks and kriging. Applications and case studies include microwave filters, antennas, substrate integrated structures and various active components and circuits. The book also contains a few introductory chapters highlighting the fundamentals of optimization and modeling, gradient-based and derivative-free algorithms, metaheuristics, and surrogate-based optimization techniques, as well as finite difference and finite element methods.

Readership: Graduates, lecturers, and researchers in electrical engineering, as well as engineers who use numerical optimization in their design work. This book will be of great interest to researchers in the fields of microwave engineering, antenna design, and computational electromagnetics.