Sciencemag.cz
Doporučujeme
Toolbox obsahuje řadu původních a světově unikátních přístupů k analýze elektricky malých antén a odražečů.
Nový softwarový nástroj, který má podobu toolboxu do vývojového prostředí MATLAB, vyvinuli vědci na katedře elektromagnetického pole Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze. Nástroj AToM, Antenna Toolbox for MATLAB, je společným dílem výzkumníků z ČVUT, VUT v Brně a společnosti MECAS ESI s.r.o. Vývoj vychází z výzkumu, na kterém tým pracoval během posledních 10 let ve spolupráci se zahraničními pracovišti na univerzitách v Lundu, Lovani a Severní Karolíně.
Toolbox obsahuje řadu původních a světově unikátních přístupů k analýze elektricky malých antén a odražečů. Mezi ty nejvýznačnější lze zařadit výpočet maticových operátorů reprezentujících anténní veličiny (šířka pásma, uložená energie, účinnost, směrovost) a jejich následná minimalizace pomocí zobecněných vlastních problémů a konvexní optimalizace, případně rozklad zdrojových veličin do charakteristických modů. Jedinečné jsou rovněž algoritmy pro stanovení fyzikálních limitů elektricky malých antén a odražečů daného tvaru (což AToM implementuje jako první nástroj svého druhu). Svým rozsahem přesahuje 200 tisíc řádek kódu a je průběžně rozšiřován o aktuální poznatky z výzkumu elektricky malých antén.
Vedoucí projektu Miloslav Čapek dále shrnuje: „Velkou výhodou je implementace v prostředí MATLAB, ve kterém zpravidla vědci běžně pracují, a tedy jejich dosavadní kódy budou plně kompatibilní s nástroji AToMu.“
Letos bude AToM mimo jiné využit v rámci Evropské školy antén (ESoA) jako výukový software. Tato inciativa se zaměřuje na mladé výzkumné pracovníky a odborníky z praxe v celoevropském měřítku. AToM však obsahuje i řadu interaktivních nástrojů využitelných při výuce nebo popularizaci anténní techniky a jejího návrhu i bez předchozích znalostí elektromagnetismu (kupř. intuitivní kreslení antény na tabletu s výpočtem a zobrazení proudové distribuce v reálném čase).
Společně s AToMem byl uvolněn i nástroj FOPS, Fast Optimization ProcedureS, který pokrývá rozsáhlou paletu deterministických i stochastických optimalizačních algoritmů. Mezi jeho největší přednosti patří optimalizace s proměnným počtem optimalizačních proměnných, totiž řešení takových problémů, kdy i počet proměnných je předmětem optimalizační úlohy. „Takový problém představuje například efektivní pokrytí daného území signálem, kdy proměnná je nejen pozice vysílačů, ale i jejich počet. Krom toho, FOPS nabízí možnost spojit sílu více algoritmů a využít je dohromady v rámci jedné úlohy,“ upřesňuje Petr Kadlec z VUT v Brně.
AToM a FOPS – zejména pokud jsou využity společně – přinášejí řešení zcela nových a doposud neřešených, neboť jen velmi obtížně řešitelných, problémů z oblasti topologického návrhu a syntézy vyzařujících struktur.
„Tyto úlohy nabývají na aktuálnosti s příchodem nových technologií jako je mobilní síť 5. generace, komunikace v blízké zóně, bezkontaktní nabíjení, nebo využití malých elektromagnetických odražečů pro čtení a přenos informací. Všechny mají jeden společný jmenovatel, jímž je hledání optimálního rozložení proudů pro dosažení stanovených parametrů, které jsou nezřídka na hraně fyzikálních možností. Očekáváme, že právě v této oblasti přispějí AToM a FOPS k novým objevům, které nastupující technologie a jejich praktické využití dále zjednoduší a zefektivní,“ uzavírá popis obou nástrojů Miloslav Čapek.
AToM i FOPS jsou zdarma k vyzkoušení zde. Teoretický koncept vznikl za podpory Grantové agentury ČR v rámci projektů GACR P102/12/2223 a GACR 15-10280Y, implementace byla podpořena Technologickou agenturou v rámci projektu TACR TA04010457.
