Цель изучения данного курса – глубокое освоение современных методов и методик оптимизации сложных электродинамических систем на основе практического компьютерного моделирования. В основе курса лежит рассмотрение методов поиска оптимальных значений максимума или минимума целевой функции n-переменных, включающей искомые параметры антенн.
Курс начинается с рассмотрения базовых методов оптимизации, применяющихся при проектировании сложных электродинамических систем. Рассматриваются математические аспекты методов, возможные алгоритмы их практической реализации. Поскольку в любой практической оптимизационной задаче важным этапом является моделирование рассматриваемой физической ситуации с целью получения математической функции, подлежащей минимизации, основное внимание в курсе уделено методам численного электродинамического анализа.
Первым из изучаемых, наиболее быстрым методом, является метод моментов, позволяющий производить оптимизацию проволочных антенн. В курсе в качестве основы рассмотрен метод Галеркина с кусочно-синусоидальным базисом, его реализация в среде MATLAB.
Вторым по скорости нахождения решений является метод конечных элементов и его двумерная узловая реализация. Данный метод хорошо подходит для поиска оптимальных решений для осесимметричных линий питания и антенн, включающих различные диэлектрические неоднородности. Рассмотрение данного метода основано на его практической реализации в среде MATLAB.
Третьим по скорости нахождения решений методом является метод конечных разностей во временной области. Данный метод является наиболее универсальным, поскольку позволяет рассчитывать антенны, содержащие включения из произвольных материалов в произвольных комбинациях. Поскольку скорость анализа здесь напрямую зависит от ресурсов ЭВМ и размерности задач, студенты учатся ставить оптимальные граничные условия с целью снижения данных требований. После рассматривается несколько вариантов постановки оптимизационных задач по нахождению оптимальных конструкций различных типов антенн.
Подавляющее число занятий являются практическими. Цель практических занятий – самостоятельная и пошаговая подготовка студентами алгоритмов синтеза антенн, их реализация в среде MATLAB в виде готовых программ. Основной упор в дисциплине делается на приведении физики, математики и основ программирования к понятному для студента уровню, развитие творческого и нестандартного мышления, повышение научного потенциала обучаемых, чего невозможно достичь, используя стандартные готовые пакеты программ.