Aðferðarfræði fyrir tölvustudda hönnun á samrásum fyrir þráðlaus örbylgju- og millimetrabylgjukerfi - verkefni lokið
Fréttatilkynning verkefnisstjóra
Meginviðfangsefni rannsóknarinnar voru samrásir fyrir örbylgjur og millimetrabylgjur, sem fela m.a. í sér tengi, tvívíð loftnet, fæðirásir fyrir loftnet, aðhæfingarrásir, síur og fléttarar fyrir fjarskiptakerfi. Verkefnið fólst í því að þróa skilvirkar aðferðir, algrím og líkön fyrir tölvustudda hönnun á fyrrgreindum samrásum. Einnig var unnið að sannreynslu á þessum þáttum og hugbúnaðargerð. Algrímin voru reiknifræðilega gerð hagkvæm hvað varðar keyrsluhraða og minnisnotkun, en einnig látin falla að hugbúnaði til sjálfvirkrar hönnunar á rafeindabúnaði. Líkönin voru byggð og meti á því hve viðkvæmir íhlutir eru gagnvart umhverfi sínu og breytileika í framleiðslu. Þær aðferðir sem notaðar voru til sannreynslu tóku tillit til takmarkana í mælibúnaði fyrir samrásir. Algrímin voru sett fram sem verkfærakista í Matlab. Líkönin voru byggð inn í líkanasafn fyrir hugbúnað til sjálfvirkrar hönnunar.
Heiti verkefnis: Aðferðarfræði fyrir tölvustudda hönnun á samrásum fyrir þráðlaus örbylgju- og millimetrabylgjukerfi / Computer aided design methodologies for microwave and millimeter-wave substrate integrated circuits for wireless applications
Verkefnisstjóri: Slawomir Koziel, Háskólanum í Reykjavík
Tegund styrks: Verkefnisstyrkur
Styrkár: 2012-2013
Fjárhæð styrks: 8,88 millj. kr. alls
Tilvísunarnúmer Rannís: 120016
Meginniðurstaða verkefnisins er að hægt er að nota bestun með staðgengilslíkönum, og þá sérstaklega með því að nota staðgengilslíkön byggð á aðhvarfsgreiningu, sem hagkvæmt verkfæri við hönnun á örbylgjuíhlutum eins og síum og loftnetum. Þetta gildir einnig fyrir hefðbundnar bestunaraðferðir ásamt harðgerðri hönnun þar sem tekið er tillit til framleiðsluvikmarka.
Niðurstöður verkefnisins ættu að vera áhugaverðar fyrir verkfræðinga, fræðasamfélagið og iðnaðinn, bæði vegna þess að niðurstöðurnar sýna ákveðnar framfarir í CAD rannsóknum en einnig vegna aukins áhuga EM hugbúnaðarframleiðenda á innleiðingu skilvirkra bestunartækni í vörur sínar. Niðurstöðurnar ættu einnig að vera áhugaverðar fyrir önnur svið, þar sem hönnun er byggð á CPU-intensive tölulegum líkönum, svo sem í byggingar- og geimverkefræði. Verkefnið leiddi til fjölda ritrýndra birtinga, þar á meðal 19 ritrýndra vísindagreina (fyrst og fremst í ISI-tímarit), 29 vísindagreina á ritrýndum ráðstefnum og þrjá ritrýnda bókarkafla.
English version:
The main objective of the project was the development of state-of-the-art surrogate-based algorithms and procedures for automated design optimization of substrate-integrated circuits, as well as efficient methodologies for creating computationally fast and reliable low-fidelity models to work with these algorithms. In case of substrate-integrated waveguide (SIW) systems, the low-fidelity models are primarily based on coarse-discretization EM simulations. The optimization algorithms should be robust in the sense of guaranteed convergence and performance, and efficient in terms of low computational complexity. Another objective was the implementation of a software system for SIW design optimization with sockets to several commercial circuit/EM simulators. The algorithms developed under the project were based on surrogate-based optimization (SBO) paradigm that replaces the direct optimization of CPU-intensive, EM-simulation-based models of microwave structures by iterative updating and re-optimization of surrogates constructed from computationally cheap and physically-based coarse (or low-fidelity) models of these structures. The related software was implemented as set of Matlab procedures. A number of approaches were exploited, including response correction techniques, response surface approximation modelling at various levels (e.g., transversal circuit representation for filter structures), feature-based modelling and optimization, as well as simulation-based tuning. Feature-based methods developed under the project were also utilized for fast statistical analysis of SIW and other structures, as well as tolerance-driven design optimization of microwave filters. Numerical validation of the developed and implemented algorithm has been performed using a number of realistic examples including microwave filters, transition structures, and antennas. The overall conclusion of the project is that surrogate-based optimization methods, particularly when combined with response surface approximation techniques, can be utilized to implement efficient tools for the design of substrate-integrated waveguide components and structures such as filters, antennas, etc. This applies for conventional optimization as well as robust design where manufacturing tolerances are taken into account. The results of the project should be of interest for engineers and have an impact on academia and industry, both because the results constitute a progress in microwave CAD research but also due to a rising interest of EM software manufacturers in incorporating efficient optimization techniques into their products. They should also be of interest to other fields where the design is based on CPU-intensive numerical models such as structural and aerospace engineering, as well as automotive industry. The project resulted in a number of publications, including 19 journal papers (mostly ISI-ranked), 29 peer-reviewed conference publications, and three book chapters.
