Цель изучения данного курса – глубокое освоение современных методов и методик проектирования и анализа излучения сложных электродинамических систем на основе компьютерного моделирования. В основе курса лежит представление фундаментальных принципов теории электромагнитного поля таким образом, чтобы учащиеся смогли легко применить их к задачам анализа и проектирования антенн.

Курс начинается с рассмотрения общих физических принципов, на которых основы-вается теория электромагнитного поля, что требуется для понимания принципов излуче-ния радиоволн антеннами. Далее в применении к анализу антенн последовательно рас-сматриваются три базовых численных метода: метод конечных разностей во временной области (КРВО), метод моментов (ММ) и метод конечных элементов (МКЭ).Поскольку КРВО непосредственно аппроксимирует уравнения Максвелла, основное место в курсе уделено именно ему.

Подробно рассматриваются общая структура КРВО-программ, программное представление расчетной области и преобразование уравнений Максвелла в конечно-разностную форму, классический алгоритм Йи, пространственно-временная дискретизация материальных объектов, проблемы устойчивости, численной сходимости метода и многое другое, поглощающие граничные условия, идеально-согласованные слои (perfectly matched layers, PML) и т.п. При изучении метода моментов рассматриваются общие математические ММ, инте-гральные уравнения произвольной и проволочной структуры, алгоритмическая и про-граммная реализация формирования СЛАУ и представления моделей возбуждения, осу-ществляется обучение практическому решению систем интегральных уравнений. Парал-лельно рассматриваются методики численного интегрирования, дифференцирования и т.п. Метод конечных элементов представлен в виде узловой реализации, позволяющей решать скалярные уравнения Лапласа и Пуассона, либо осесимметричные векторные за-дачи в виде волновых уравнений Гельмгольца. Последовательно рассматривается проце-дура решения одномерных, двумерных задач, реализация узлового МКЭ в среде MATLAB и практическое решение простейшей задачи излучения элементарного магнитного диполя.

Подавляющее число занятий являются практическими. Цель практических занятий – самостоятельная и пошаговая подготовка студентами алгоритмов расчета антенн, реали-зация алгоритмов в среде MATLAB в виде готовых программ. Основной упор в дисци-плине делается на приведении физики, математики и основ программирования к понятному для студента уровню, развитие творческого и нестандартного мышления, повышение научного потенциала обучаемых. Исходя из тенденции широкого внедрения при проектировании радиотехнических систем современных программных комплексов, таких как CST Microwave Studio, ANSYS HFSS, FEKO, COMSOL и т.п., глубокое понимание процессов, моделируемых данными программными продуктами за счет умения самостоятельно их моделировать является крайне актуальным для будущих инженеров – специалистов широкого профиля. Курс яв-ляется уникальным, ориентирован на развитие у студентов научного нестандартного под-хода к разработке сложных электродинамических систем.