W kontekście nieustannie postępującej ewolucji technologicznej w dziedzinie komunikacji bezprzewodowej, istotny staje się rozwój komponentów systemów radiokomunikacyjnych. Wśród tych kluczowych elementów, szczególną rolę odgrywają anteny mikropaskowe. Cechują się one kompaktowymi wymiarami, niską masą oraz zdolnością do integracji z innymi urządzeniami elektronicznymi, co czyni je niezwykle użytecznymi w szerokiej gamie zastosowań. Niniejszy artykuł skupia się na projektowaniu oraz analizie anteny mikropaskowej, która ma potencjał do wykorzystania w zróżnicowanych systemach radiokomunikacyjnych, w tym, w różnych segmentach spektrum UNII oraz spektrum mikrofalowego, szeroko wykorzystywanego w radiokomunikacji satelitarnej, oraz systemy WiFi.
EN
In the context of the constantly advancing technological evolution in the field of wireless communication, the development of components of radio communication systems is becoming important. Among these key components, microstrip antennas play a special role. They are characterized by compact dimensions, low weight and the ability to integrate with other electronic devices, which makes them extremely useful in a wide range of applications. This article focuses on the design and analysis of a microstrip antenna that has the potential to be used in a variety of radio communication systems, including various segments of the UNII spectrum and the microwave spectrum, widely used in satellite radio communications, and WiFi systems.
The photonic crystal fibers (PCFs) are designed based on optical material by periodic changes in its dielectric constant, in which a wide platform of applications in numerous domains has been provided. Many optical communication devices that are designed on the PCFs have reported high throughput in their showing, by making a significant contribution in compactness, miniature sizes and fast switching, which compose of alternate high and low refractive index materials. In this study, the PCF and the effects of translational symmetry on their properties are introduced. Two dimensional photonic crystals (2D-PC) are studied in detail, and a new method for scattering photons off finite and infinite PCFs is developed. In this regard, the conventional fabrication methods of PCFs have been studied and a new technique for vertical etching of Polyethylene Terephthalate (PET) by ultraviolet radiation has been introduced as a powerful and economical method to implement these structures. Also, the potential of the method for fabricating higher precision and smaller dimensions has been examined. To ensure the accuracy of the proposed method, simulation was carried out using Matlab software, in which the magnitude of the light source and then the angular impact of the UV irradiation beams are investigated. In this study, the finite difference time domain (FDTD) method is accomplished for analysis of photonic-band gap (PBG) -based polarization.
PL
Światłowody fotoniczne (PCF) są projektowane w oparciu o materiał optyczny poprzez okresowe zmiany jego stałej dielektrycznej, co zapewnia szeroką platformę zastosowań w wielu dziedzinach. Wiele optycznych urządzeń komunikacyjnych zaprojektowanych na PCF odnotowało wysoką przepustowość podczas ich wyświetlania, wnosząc znaczący wkład w zwartość, miniaturowe rozmiary i szybkie przełączanie, które składają się z naprzemiennych materiałów o wysokim i niskim współczynniku załamania światła. W tym badaniu przedstawiono PCF i wpływ symetrii translacyjnej na ich właściwości. Szczegółowo badane są dwuwymiarowe kryształy fotoniczne (2D-PC) i opracowywana jest nowa metoda rozpraszania fotonów na skończonych i nieskończonych PCF. W związku z tym zbadano konwencjonalne metody wytwarzania PCF i wprowadzono nową technikę pionowego trawienia politereftalanu etylenu (PET) za pomocą promieniowania ultrafioletowego jako wydajną i ekonomiczną metodę wdrażania tych struktur. Zbadano również potencjał metody do wytwarzania wyrobów o większej precyzji i mniejszych gabarytach. Aby zapewnić dokładność proponowanej metody, przeprowadzono symulację z wykorzystaniem oprogramowania Matlab, w którym bada się wielkość źródła światła, a następnie kątowe oddziaływanie wiązek promieniowania UV. W tym badaniu metoda domeny różnic skończonych w dziedzinie czasu (FDTD) została wykorzystana do analizy polaryzacji opartej na fotonicznej przerwie wzbronionej (PBG).
The following paper describes the valid optimization problem of multi-element circular array that contains 16 equal-length dipole antennas surrounding given two-spherical object. The task of the authors was to maximize the specific absorption rate (SAR) inside the inner object, while maintaining its minimum value in the external sphere. The proposed approach includes changes in the powers and phases of the voltage sources supplying individual dipoles of the antenna matrix. The shown method may have huge impact in localized tumor heating during thermal therapy.
PL
Niniejsza praca opisuje ważny problem optymalizacji wieloelementowego szyku kołowego, który zawiera 16 anten dipolowych, o równej długości, otaczających dwu-sferyczny obiekt. Zadaniem autorów była maksymalizacja współczynnika absorpcji własnej (SAR) w wewnętrznym obiekcie, przy zachowaniu jego minimalnej wartości w zewnętrznej kuli. Zaproponowane podejście uwzględnia zmiany mocy i faz źródeł napięciowych zasilających poszczególne dipole szyku antenowego. Przedstawiona metoda może mieć olbrzymi wpływ na zlokalizowane grzanie guza podczas terapii ciepłem.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono dwie koncepcje zrealizowanego praktycznie intefejsu użytkownika dla elektromagnetycznego kodu obliczeniowego FDTD. Interfejsu, który może konkurować z najlepszymi programami tego typu na współczesnym, globalnym rynku.
EN
Two concepts of the modern GUI realization in practice for FDTD electromagnetic simulation code are presented. Such interface solutions can compete with the best CAD programs on contemporary global market.
W artykule przedstawiona jest dyskusja dotycząca optymalnego wyboru sprzętu komputerowego do celów prowadzenia symulacji elektromagnetycznych metodą FDTD oraz optymalizacji kodów symulatora pod względem jak najlepszego wykorzystania dostępnych systemów komputerowych. Omówiono tu tendencje światowe w badaniach nad tymi problemami oraz pokazano rozwiązania praktyczne, wprowadzone przez autorów do kodów symulatorów QW-3D oraz QW-V2D.
EN
The paper presents a discussion concerning optimal choice of computer hardware with respect to its application to electromagnetic simulations using the FDTD method as well as optimization of FDTD codes to obtain their best performance with particular hardware available. Tendencies in the worldwide research on those problems are outlined. Specific practical solutions applied by the authors in the QW-3D and QW-V2D simulators are also presented.
W opracowaniu zaprezentowano zastosowanie metody skończonych różnic czasowych do analizy integralności sygnałów w wielokrotnych układach ścieżek mikroelektronicznych układów hybrydowych. Wykorzystując program MATHCAD opracowano algorytmy pozwalające na numeryczne rozwiązanie równania telegrafistów dla dowolnego bezstratnego układu przewodników. Zaprezentowane wyniki obliczeń dla wybranych konfiguracji ścieżek wykonanych w technologii grubowarstwowej, zweryfikowano doświadczalnie.
EN
The application of the Finite Difference Time Domain method for analysis of signal integrity in conductive path systems is presented in the paper. The algorithm allowing one to numerically solve of telegraph equations for any lossless path system on the basis of the Mathcad program was developed. The procedures elaborated with use of FDTD method enable analyzing the propagation of electrical signals in a selected system of paths with a specified input function shape for selected resistances loading the path system. The problems of signal integrity in planar circuits are presented in the introduction of this paper. Section 2 contains the theoretical basis of application of the Finite Difference Time Domain method to solving the telegraph equation. The basic relations and conditions allowing obtaining the calculation convergence for single and multiple path systems are also presented. The results of calculations and measurements for selected test circuits are included in Section 3. The influence of changes of path configuration and parameters of the test signal on its propagation process in mutual coupled paths was analyzed during investigations. The obtained good agreement of the calculation and measurements results confirmed the correctness of the elaborated algorithms and procedures.
This paper presents a new design of an absorbing screen based on a classical Salisbury concept. In the new design a resistive sheet from the classical Salisbury screen is replaced by a patterned layer. This allows eliminating major disadvantages of classical solutions, such as their narrow frequency bandwidth and high overall screen thickness. Electromagnetic simulations with QuickWave - 3D package are performed and confirm the theoretical predictions of the paper.
PL
Artykuł prezentuje nowe podejście do struktur absorbujących, oparte o klasyczne rozwiązanie typu Salisbury. W zaproponowanej strukturze, jednorodna warstwa rezystywna zastąpiona została przez warstwę wzorów. Takie rozwiązanie pozwala na wyeliminowanie głównych wad klasycznych struktur, którymi są wąskie pasmo pracy oraz duża grubość panelu. Symulacje elektromagnetyczne potwierdzające słuszność przyjętej koncepcji, przeprowadzono w programie QuickWave - 3D.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The objective of this paper is the computation of electromagnetic fields radiated by lightning in the presence of the tall tower. In this study we propose a new method which the hybrid method to evaluate the electromagnetic field associated to lightning return stroke impacting elevated strike object such as the towers. This method is the combination of the images method and finite difference time-domain (FDTD) method
PL
Artykuł prezentuje obliczenia rozkładów pól elektromagnetycznych promieniowanych przez piorun w przypadku obecności wysokiej wieży. Zaproponowano nową hybrydową metodę wyznaczania pola elektromagnetycznego towarzyszącego trafieniu wyładowania głównego w obiekty wyniesione, jak np. wieże.
W artykule przedstawiono algorytmy równoległe, mające zastosowanie w metodzie FDTD (ang. Finite-Differences Time-Domain), będącej jedną z najpopularniejszych metod analizy pola elektromagnetycznego wielkiej częstotliwości. W pracy przedstawiono metodę dekompozycji analizowanej przestrzeni, jak również algorytmy dekompozycji programu na zespół współbieżnych wątków. Ze względu na szczególne zainteresowanie autora algorytmami mającymi zastosowanie w klastrach komputerowych, przedstawione będą wyniki doświadczeń, uzyskanych w czasie testów wydajności programu równoległego, opartego na dekompozycji przestrzeni w wersji podziału "plastrowego". Zdecydowano się na przedstawienie algorytmów zaimplementowanych w klastrze homogenicznym, jak również w heterogenicznym - przy wykorzystaniu dodatkowego algorytmu dynamicznego podziału obszaru analizy.
EN
The paper contains parallel algorithms applied in the FDTD method, which is one of more popular ways of electromagnetic field of high frequency analysis. The work shows algorithms which decompose a program into a group of parallel threads, and a method of the analyzed area decomposition. The first type of algorithms enables achieving good speedups and makes it possible to use e.g. graphic cards in computations conducted with the use of the FDTD method. Whereas space decomposing algorithms help enlarge the analyzed area represented by a grid of elements built of electromagnetic field components presented in a differential form. Thanks to that it is possible to compute areas of great capacity, greater than the com-putational abilities of a single PC unit. The work focuses on presenting the results of efficiency examination of the parallel program based on this method. The author decided to show algorithms implemented on a homogeneous cluster, as well as in a heterogeneous one-with the use of an additional dynamic decomposition of the analyzed area.
W artykule przedstawiono rezultaty analiz numerycznych struktur optyki zintegrowanej w postaci planarnych sprzęgaczy siatkowych. Sprzęgacze siatkowe o różnych okresach siatki Λ analizowano jako periodyczne zaburzenia współczynnika załamania wykonane w warstwie falowodowej. Analizy numeryczne przeprowadzono dla warstw falowodowych jednomodowych o dużym współczynniku załamania n=2. Badania numeryczne miały na celu zbadanie wpływu głębokości periodów sprzęgacza siatkowego ds na efektywność wprowadzania i wyprowadzania mocy optycznej ze struktury falowodowej. Badania numeryczne przeprowadzono za pomocą metody różnic skończonych w dziedzinie czasu FDTD (Finite Difference Time Domain).
EN
This paper presents numerical analysis of integrated optics devics specially planar grating couplers. Grating couplers of different grat periods Λ were analyzed as periodic light refractive index disturbarance in waveguide layer. Numerical analyses were conducted for waveguide layers of light refractive index n=2, both single mode. Main goal of research was to examine influence of grating coupler periods depth on effectiveness of coupling optical power in and out of the waveguide structure. For numerical analysis Finite Difference Time Domain (FDTD) metod was used.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Praca niniejsza ma na celu numeryczną analizę czułości algorytmu współogniskującego, rozumianą jako zdolność do znalezienia przybliżonego rozwiązania zagadnienia odwrotnego na przykładzie modelu gruczołu piersiowego. W celu uproszczenia zagadnienia założono, że model piersi kobiecej jest homogeniczny warstwowo, a jego parametry elektryczne tj. względna przenikalność elektryczna i konduktywność opisane są parametrycznym równaniem Debye’a. Analizę przeprowadzono przy założeniu sferyczności tkanki rakowej dla jej zmiennej średnicy metodą różnic skończonych w dziedzinie czasu.
EN
The aim of this paper is the application of microwave confocal algorithm to breast cancer detection with regards to sensitivity of the algorithm. In our case sensitivity is understood as the ability of the algorithm to solve the inverse problem with varying parameters of a model. In order to investigate the problem, the authors assumed that the model of breast is homogeneous and its electrical parameters i.e. dielectric constant and conductivity are described by parametric Debye formula. The sensitivity analysis was carried with regards to different diameters of breast cancer using finite-difference time-domain method.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono badania numeryczne struktury fotonicznej. W ramach badań numerycznych analizowano strukturę falowodu planarnego wraz z układem wejścia wyjścia w postaci planarnego sprzęgacza siatkowego o okresie A. Założono, że w strukturze jako warstwa falowodowa zostanie wykorzystany materiał 0 dużym współczynniku załamania nw=2. Głównym celem przeprowadzonych analiz numerycznych sprzęgaczy siatkowych było optymalizacja efektywności wprowadzania 1 wyprowadzania mocy optycznej do i ze struktury. Optymalizacja sprzęgacza siatkowego została wykonana za pomocą metody różnic skończonych w dziedzinie czasu (FDTD - Finite Difference Time Domain).
EN
The paper presents numerical analysis of integrated optics devices, especially an I/O system, based on planar grating couplers and planar waveguide. It was assumed that the waveguide layer was made of material possessing the very high light refractive index nw=2. The grating couplers of grate periods A were analysed as periodic light refractive index disturbance in the waveguide layer. The main goal of research was to verify the influence of grating coupler period depth on effectiveness of the coupling optical power in and out of the waveguide structure. The numerical investigations were carried out with use of the FDTD method (Finite Difference Time Domain method).
Symulacje elektromagnetyczne pozwalają analizować struktury mikrofalowe, które są zbyt skomplikowane, aby rozwiązać je analitycznie. Dostępność nowoczesnych symulatorów oraz wydajnych komputerów przyczyniła się w ostatnich latach do dużego postępu w elektronice i dziedzinach pokrewnych. Zainspirowało to inżynierów do analizy coraz większych i bardziej skomplikowanych układów. Aby możliwy był dalszy postęp konieczne jest opracowanie dodatkowych metod przyspieszania symulacji elektromagnetycznych. Metoda FDTD zapewnia w przybliżeniu liniową obliczeniową skalowalność problemów oraz jest naturalnie dostosowana do przetwarzania równoległego. Niniejszy artykuł prezentuje aktualne osiągnięcia autorów w tej dziedzinie oraz zawiera przykładowe zastosowania analizy do rzeczywistego problemu przemysłowego.
EN
Electromagnetic simulations enable fast analysis of microwave structures which are too complex for analytical study. Availability of high-tech simulators and powerful computers resulted in significant progress in electronics and connected industries during recent years. Engineers' desire for analysis of larger and more complex circuits have been stimulated. Further progress demands elaboration of specific simulations' acceleration. FDTD method ensures close to linear scaling of problems and is intrinsically suitable for parallel processing. The article presents current achievements in the related field and shows example of analysis application to a real, industrial case.
W artykule przedstawiono hybrydową metodę analizy złożonych obiektów promieniujących i/lub rozpraszających fale elektromagnetyczne. Omówione podejście łączy w sobie zalety dwóch konwencjonalnych metod pełnofalowych: metody momentów (MoM) i metody FDTD. W celu zwiększenia efektywności analizy obiektów dużych elektrycznie metodę momentów połączono dodatkowo z asymptotycznym przybliżeniem optyki fizycznej (PO). Skuteczność proponowanego podejścia hybrydowego (FDTD/MoM - PO) pokazano na przykładzie analizy anteny reflektorowej.
EN
In this paper, the FDTD/MoM - PO hybrid technique is presented. The proposed approach is applied to complex electromagnetic problems such as those involving antennas radiating in the presence of dielectric bodies. The method combines the ability of the FDTD method to deal with arbitrary material properties, and versatility of the MoM - PO method for conducting structures. Numerical results show that the FDTD/MoM - PO hybrid technique offers a noticeable memory and CPU time saving.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents the approach to the space decomposition classification used in the Finite Differences Time Domain method. Proposed classification system simplifies the way of the identification of particular cases of the space decomposition in the Cartesian coordinate system. The work also contains the speedups results achieved with the use of a cluster system, for different type of a three - dimensional space decomposition.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper deals with the implementation of low frequency finite difference time domain method (FDTD) algorithm in the investigation of induced electric field in the human body model with digitally implanted cardiac pacemaker. In order to investigate if the basic restrictions could be exceeded according to international standards, the induced electric fields at both the input port of cardiac pacemaker and at the tip of electrode were calculated.
PL
W artykule rozpatrzono implementację algorytmu FDTD dla niskich częstotliwości do analizy pola elektrycznego indukowanego w ciele człowieka z wszczepionym stymulatorem serca. W celu sprawdzenia czy nie przekroczono standardów bezpieczeństwa, wyznaczono wartości natężenia indukowanego pola elektrycznego w obszarze stymulatora oraz w sąsiedztwie elektrody w komorze serca.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono numeryczną analizę wpływu pola elektromagnetycznego generowanego przez zgrzewarkę wysokoczęstotliwościową na działanie kardiostymulatora umieszczonego w modelu człowieka. Jako wynik symulacji uzyskano napięcia indukowane na obudowie kardiostymulatora dla składowej elektrycznej i składowej magnetycznej pola elektromagnetycznego.
EN
The paper presents the numerical investigation of electromagnetic field influence generated by high frequency spot welding on cardiac pacemaker. As the results of simulations the induced interference voltage on cardiac pacemaker case for external electric and magnetic field were received.
Przedstawiono przykład programu komputerowego, służącego do analizy pól elektromagnetycznych wielkiej częstotliwości. Program zawiera algorytmy równoległe, umożliwiające uruchomienie go w środowisku wieloprocesorowym, zawierającym bibliotekę komunikacyjną MPI (Message Passing Interface). Do analizy pól elektromagnetycznych wykorzystano metodę FDTD (Finite Difference Time Domain) wyposażoną w algorytm dekompozycji przestrzeni. Zamieszczono wyniki badań wydajności programu równoległego.
EN
The present article shows the example of an application, implemented in a multiprocessor computational environment, enabling the analysis of the high frequency electromagnetic waves propagation. This. programme is based on parallel algorithms which enable its execution in the multiprocessor environment equipped with the Message Passing Interface communication library. In order to analyze the electromagnetic field distribution, the Finite Difference Time Domain Method equipped with space domain decomposition algorithm was used. In the final part of the paper, the results of the efficiency of the parallel algorithm were included.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Piorunowe zaburzenia elektromagnetyczne charakteryzują się bardzo krótkim czasem narastania i powolnym zanikaniem. W pracy badano wpływ kroków dyskretyzacji w metodzie FDTD na przebieg napięcia indukowanego w linii bezstratnej obciążonej rezystancyjnie lub pojemnościowo.
EN
Lightning electromagnetic disturbances have very short front time and slowly fading. The influence of discretization steps in FDTD method on transient voltage induced in the loss-less transmission line with resistive and capacitive loads is tested in the paper.
20
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono przykłady algorytmów równoległych metody FDTD (Finite Differences Time Domain). Powyższe algorytmy przetestowano przy wykorzystaniu biblioteki komunikacyjnej WMPI w sieci komputerów Cluster Przedmiotem tej pracy jest również prezentacja uzyskanych przyspieszeń algorytmów dla różnej liczby wykorzystanych jednostek obliczeniowych.
EN
In the presented work the examples of parallel algorithms of the FDTD (finite differences time domain) method are shown. These algorithms were tested with the use of the WMPI communication library in the cluster of PCs. This work also contains the results of the computation speedups for different number of computation nodes used.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.