Projekt badawczy LIDER/21/148/L-1/09/NCBiR/2010


Witamy na stronie projektu badawczego pt."Szybkie projektowanie złożonych układów filtrów i multiplekserów o zwartej konstrukcji dla nowych systemów komunikacji bezprzewodowej z wykorzystaniem trójwymiarowych symulatorów elektromagnetycznych" realizowanego w ramach programu LIDER i finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (NCBiR) .

Na stronie tej znajdziesz między innymi:

Krótki opis projektu

Obserwowany w ostatnich latach rozwój technologii komunikacji bezprzewodowej i konieczność zwiększania prędkości transmisji w łączności radiowej wymusza wykorzystanie pasma mikrofalowego jako medium. W rezultacie w nowoczesnych systemach komunikacyjnych bardzo istotną rolę odgrywają układy nadajnika i odbiornika wysokiej częstotliwości, których jakość często determinuje możliwości całego systemu. Bardzo ważnym składnikiem części mikrofalowej systemów, obecnym zarówno w torze nadawczym jak i odbiorczym są układy podziału w dziedzinie częstotliwości: filtry, dipleksery czy multipleksery mikrofalowe. Pozwalają one na ograniczenie wpływu działania innych systemów (działających na sąsiednich częstotliwościach) oraz oddzielenie toru nadawczego i odbiorczego korzystających najczęściej ze wspólnej części antenowej. Rosnąca liczba działających równolegle systemów łączności radiowej wymusza przy naturalnie ograniczonej pojemności dostępnego pasma wymusza wykorzystywanie układów filtrujących o coraz lepszych parametrach.

Filtry i multipleksery stosowane w systemach komunikacyjnych zbudowane są z wielu rezonatorów mikrofalowych (najczęściej o dł. elektrycznej bliskiej połowie lub jednej czwartej długości fali). Liczba rezonatorów określa rząd filtru. Aby zapewnić wysoką selektywność, rząd filtru powinien być jak największy. Rzędy obecnie wykorzystywanych układów sięgają kilkunastu. W przypadku di- i triplekserów układy te składają się odpowiednio z dwóch lub trzech filtrów połączonych obszarem wspólnego złącza. W układzie takim całkowita liczba rezonatorów jest sumą rezonatorów składających się na poszczególne kanały i może sięgać kilkudziesięciu. Poniżej pokazano przykładową strukturę układu dipleksera wykorzystującego rezonatory współosiowe:

Projektowanie tak złożonych układów wymusza stosowanie symulatorów elektromagnetycznych do obliczenia odpowiedzi układu. Analiza taka nawet przy użyciu najnowszych dostępnych wersji narzędzi komercyjnych jest bardzo żmudna i długotrwała - czas pojedynczej symulacji układu na jednej częstotliwości sięga wielu minut - a w przypadku obliczeń odpowiedzi w szerokim paśmie konieczne jest wykonanie kilkudziesięciu takich symulacji. Analiza wymaga także bardzo dużych zasobów sprzętowych - często problemem jest już analiza na poziomie pojedynczego kanału. W rezultacie skutkuje to wysokim kosztem projektu, związanym z długim czasem poświęconym na projekt przez wysoko wykwalifikowaną kadrę inżynierską.

W tym kontekście, cele projektu to między innymi:
  • opracowanie nowych dedykowanych narzędzi wspomagających szybkie projektowanie układów multiplekserów wykorzystujących z jednej strony trójwymiarową analizę elektromagnetyczną, z drugiej zaś najnowsze techniki obliczeniowe umożliwiające skrócenie czasu analizy - w tym technik przetwarzania równoległego z wykorzystaniem CPU i GPU
  • Zbadanie ich skuteczności i wydajności
  • Weryfikacja poprawności opracowanych narzędzi poprzez realizację wybranych multiplekserów oraz badania eksperymentalne prototypów
Powrót

Wykonawcy projektu

Powrót

Aktualnie prowadzone prace

Trwają prace badawcze w zakresie:
  • Tworzenia oprogramowania komputerowego pozwalającego na analizę układów filtrów i multiplekserów metodą elementów skończonych. Oprogramowanie to wykorzystywać będzie zaawansowane techniki numeryczne, niedostępne dotychczas w produktach komercyjnych symulatorów elektromagnetycznych:
    • techniki przetwarzania równoległego z wykorzystaniem CPU/GPU
    • funkcje bazowe wysokich rzędów
    • metody iteracyjnego rozwiązywania powstałych układów równań z wykorzystaniem efektywnych prekondycjonerów
    • elementy krzywoliniowe
    • efektywne metody analizy struktur rezonansowych
  • Tworzenia metod przyspieszających rozwiązywanie układów równań liniowych powstałych w analizie układów filtrów metodą elementów skończonych z wykorzystaniem procesorów kart graficznych (GPU)
  • Implementacji algorytmów do szybkiego rozwiązywania problemów własnych powstających w analizie układów rezonatorów wysokiej częstotliwości metodą elementów skończonych. Opracowywane jest oprogramowanie do efektywnego rozwiązywania problemów własnych w przypadku gdy ich rozmiar jest duży (rzędu od kilkuset tysięcy do kilku milionów niewidomych). Opracowane metod szybkiego rozwiązywania takich problemów może być kluczowe dla analizy układów filtrów o dużej złożoności.
Powrót

Dotychczasowe wyniki prac

Publikacje w czasopismach:
  1. A. Dziekonski, A. Lamecki, M. Mrozowski, "GPU Acceleration of Multilevel Solvers for Analysis of Microwave Components With Finite Element Method", IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol.21, issue 1, pp. 1-3, January 2011
Udział w konferencjach i warszatach:
  1. A. Dziekonski, A. Lamecki, M. Mrozowski, "On fast iterative solvers with GPU acceleration for finite elements in electromagnetics", The 10th International Workshop on Finite Elements for Microwave Engineering , Meredith, NH, 12-13 Oct. 2010
Powrót
Logo_Lider
Logo_Lider
© 2004-2006 Katedra Inżynierii Mikrofalowej i Antenowej Politechniki Gdańskiej