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주파수 영역에서 연속체 민감도법을 이용한 유전체 저대역 필터 최적 설계

Optimization Design of a Dielectric Lowpass Filter based on Continuum Design Sensitivity Analysis in Frequency Domain

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.59 no.8, 2010년, pp.1388 - 1393  

최낙선 (경북대학교 전기공학과) ,  정기우 (경북대학교 전기공학과) ,  김남경 (경북대학교 전기공학과) ,  변진규 (숭실대학교 전기공학부) ,  김동훈 (경북대학교 전기공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a new methodology for designing a dielectric waveguide filter with the cutoff frequency of 2.4 GHz based on the continuum design sensitivity analysis. An analytical sensitivity formula is derived in frequency domain and then unified program architecture applicable to the optimal ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 고주파 기기 및 소자 설계에 적용 가능한 주파수 영역에서의 설계 민감도 공식을 제시하였으며 이를 구현할 자동화 설계 프로그램 환경을 구축하였다. 또한 제안된 연속체 민감도법을 이용한 최적설계 기법을 유전체 직사각형 도파관 필터 설계 문제에 적용한 결과, 제안된 설계기법의 타당성 및 유효성을 검증하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
설계 민감도법 중 CDSA의 장점은? 결정론적 설계 방법 중 하나인 설계 민감도법(Design Sensitivity Analysis; 이하 DSA) 은 목적함수의 미분을 계산하는 방식에 따라 크게 이산적 설계 민감도법(Discrete DSA; 이하 DDSA)과 연속체 설계 민감도법(Continuum DSA; 이하 CDSA)으로 구분할 수 있다[1]. CDSA는 DDSA에 비해 이산화 된 시스템 행렬의 미분을 필요로 하지 않기 때문에 해석도구에서 제공하는 간단한 명령어와 API(Application Programming Interface)기능을 사용하여 상용 전자장 해석도구로부터 쉽게 설계 민감도 값을 도출할 수 있다. 이런 장점을 지닌 CDSA는 지금까지 주로 저주파 대역의 기기 및 소자들의 최적설계에 주로 응용되어 왔다[2-5].
설계 민감도법은 어떻게 구분할 수 있는가? 지난 수십 년 동안 컴퓨터 기술과 수치 계산법의 비약적인 발달로 짧은 시간에 다양한 요구조건을 고려한 기기 및 소자 해석이 가능케 됨으로서 설계 대상에 대한 최적설계를 실현할 수 있는 계기가 되었다. 결정론적 설계 방법 중 하나인 설계 민감도법(Design Sensitivity Analysis; 이하 DSA) 은 목적함수의 미분을 계산하는 방식에 따라 크게 이산적 설계 민감도법(Discrete DSA; 이하 DDSA)과 연속체 설계 민감도법(Continuum DSA; 이하 CDSA)으로 구분할 수 있다[1]. CDSA는 DDSA에 비해 이산화 된 시스템 행렬의 미분을 필요로 하지 않기 때문에 해석도구에서 제공하는 간단한 명령어와 API(Application Programming Interface)기능을 사용하여 상용 전자장 해석도구로부터 쉽게 설계 민감도 값을 도출할 수 있다.
기기 및 소자 설계는 무엇이 필수 조건인가? 공학 분야에서 기기 및 소자 설계는 설계 대상에 대한 동작원리 이해와 정확한 동작특성의 예측이 필수 조건이다. 지난 수십 년 동안 컴퓨터 기술과 수치 계산법의 비약적인 발달로 짧은 시간에 다양한 요구조건을 고려한 기기 및 소자 해석이 가능케 됨으로서 설계 대상에 대한 최적설계를 실현할 수 있는 계기가 되었다.
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참고문헌 (9)

  1. T. Burczynski, J. H. Kane, and C. Balakrishna, "Comparison of shape design sensitivity analysis formulations via material derivative-adjoint variable and implicit differentiation techniques for 3-D and 2-D curved boundary element," Comput. Meth. Appl. Mech. Eng., vol. 142, pp. 89-109, 1997. 

  2. Dong-Hun Kim, Se-Hee Lee, Il-Han Park and Joon-Ho Lee, "Derivation of a general sensitivity formula for shape optimization of 2-D magnetostatic systems by continuum approach", IEEE Transactions on Magnetics, vol. 38, no. 2, pp. 1125-1128, March, 2002. 

  3. Dong-Hun Kim, K. S. Ship and J. K. Sykulski, "Applying continuum design sensitivity analysis combined with standard EM software to shape optimization in magnetostatic problems", IEEE Transactions on Magnetics, vol. 40, no.2, pp. 1156-11159, March, 2004. 

  4. Dong-Hun Kim, D. A. Lowther and J. K. Sykulski, "Efficient force calculations based on continuum sensitivity analysis", IEEE Transactions on Magnetics, vol. 41, no.5, pp. 1404-1407, May, 2005. 

  5. Dong-Hun Kim, J. K. Sykulski and D. A. Lowther, "A novel scheme for material updating in source distribution optimization of magnetic devices using sensitivity analysis", IEEE Transactions on Magnetics, vol. 41, no.5, pp. 1752-1755, May, 2005. 

  6. Y. Yang, et al., "Gradient optimization of microwave devices using continuum design sensitivity from the adjoint problem," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 41, no. 5, pp. 1780-1783, 2005. 

  7. Dong-Hun Kim, J. K. Sykulski and D. A. Lowther, "Design optimization of electromagnetic devices using continuum design sensitivity analysis combined with commercial EM," IET Sci. Meas. Technol., vol. 1, no. 1, pp. 30-36, 2007. 

  8. 전만수, 이형일, 연속체역학에서 유한요소법까지, 피어슨 에듀케이션 코리아, 2002. 

  9. E. J. Haug, et al., Design Sensitivity Analysis of Structural Systems, Orlando, Academic Press, 1986. 

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