Ottimizzazione e modellazione di progetti basati sulla simulazione per l'ingegneria delle microonde

Titolo originale:

Simulation-Driven Design Optimization and Modeling for Microwave Engineering

Contenuto del libro:

L'analisi elettromagnetica (EM) a onda intera assistita dal computer è stata utilizzata nell'ultimo decennio nell'ingegneria delle microonde. Inizialmente, la sua principale area di applicazione era la verifica dei progetti.

Oggi, l'ottimizzazione e la chiusura dei progetti basata sulla simulazione EM sono diventate sempre più importanti a causa della complessità delle strutture a microonde e della crescente richiesta di precisione. In molte situazioni, i modelli teorici delle strutture a microonde possono essere utilizzati solo per ottenere progetti iniziali che devono essere ulteriormente perfezionati per soddisfare determinati requisiti di prestazione. Inoltre, la progettazione basata sull'EM è indispensabile per un numero crescente di dispositivi a microonde, come le antenne a banda ultralarga (UWB), le antenne a risonatore dielettrico e i circuiti integrati su substrato.

Per circuiti come questi, non sono disponibili modelli teorici pronti per la progettazione, quindi il miglioramento del progetto può essere ottenuto solo attraverso aggiustamenti della geometria basati su simulazioni ripetitive e dispendiose in termini di tempo.

D'altra parte, è necessario tenere conto delle varie interazioni tra i dispositivi a microonde e il loro ambiente, come le strutture di alimentazione e l'alloggiamento, e questo è possibile solo attraverso l'analisi EM a onda piena. Le simulazioni elettromagnetiche possono essere molto accurate, ma tendono a essere computazionalmente costose.

Pertanto, i metodi pratici di ottimizzazione della progettazione devono essere efficienti dal punto di vista computazionale, in modo da ridurre il più possibile il numero di simulazioni EM ad alta fedeltà che richiedono l'uso della CPU durante il processo di progettazione. Per le stesse ragioni, le tecniche per la creazione di modelli veloci ma accurati di strutture a microonde diventano di fondamentale importanza. In questo libro, gli autori si sforzano di passare in rassegna lo stato dell'arte dell'ottimizzazione e della modellazione di progetti a microonde basati sulla simulazione.

Un gruppo di esperti internazionali specializzati in vari aspetti della progettazione computerizzata a microonde riassume e passa in rassegna un'ampia gamma degli ultimi sviluppi e delle applicazioni reali. Gli argomenti trattati comprendono tecniche di ottimizzazione della progettazione convenzionali e basate su surrogati, metodi che sfruttano la sensibilità adjoint, la messa a punto basata sulla simulazione, la mappatura dello spazio e diverse metodologie di modellazione, come le reti neurali artificiali e il kriging. Le applicazioni e i casi di studio includono filtri a microonde, antenne, strutture integrate su substrato e vari componenti e circuiti attivi.

Il libro contiene anche alcuni capitoli introduttivi che evidenziano i fondamenti dell'ottimizzazione e della modellazione, gli algoritmi basati sul gradiente e privi di derivati, la meta-euristica e le tecniche di ottimizzazione basate su surrogati, nonché i metodi alle differenze finite e agli elementi finiti.