Optimal inverse design of large electromagnetic systems
- Reference number
- SAB23-0030
- Project leader
- Gustafsson, Mats
- Start and end dates
- 241231-251231
- Amount granted
- 1 852 678 SEK
- Administrative organization
- Lunds tekniska högskola
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
The project aims to establish fundamental limits on antenna system performance and develop automated design algorithms to create devices with optimal performance. It seeks to advance knowledge in applied mathematics and electrical engineering, with implications for modern communication systems. The results could aid in designing devices with maximum performance within physical constraints like limited volume or energy supply. Understanding these limitations and optimal design strategies can lead to more efficient and sustainable technology, benefiting areas such as information and communications technology. Specific goals include developing tools to understand what is achievable within design constraints, particularly focusing on electrically large antennas and arrays with multiple functionalities. Additionally, the project aims to create efficient inverse design algorithms for synthesizing optimal structures for electromagnetic wave interaction, with the potential for designs to improve based on experience. The research will be done in collaboration with Politecnico di Torino having extensive expertise in computational methods for electrically large systems and have pioneered techniques for the inverse design of large metasurface antennas. Techniques developed by the group in Torino hold potential applicability in the realm of large reconfigurable surfaces, particularly those based on metasurfaces, which are currently under consideration for future communication systems.
Popular science description
Växelverkan mellan ljus och materia är avgörande för många aspekter av våra liv, från de färger vi ser till tekniska tillämpningar som kommunikationssystem. Att förstå denna interaktion innebär att beakta faktorer som ljusets våglängd, materialegenskaper och form. Trots betydande framsteg inom detta område, särskilt när det gäller förståelsen för hur material och objekt påverkar elektromagnetiska vågor, finns det fortfarande områden där vår förståelse är knapp, såsom att optimera absorption i ett objekt eller spektraleffektivitet för ett kommunikationssystem. Detta projekt syftar till att adressera dessa gap i vår förståelse genom att utveckla grundläggande fysikaliska begränsningar för elektromagnetisk växelverkan med objekt bestående av specifika material och former. Målet är att fastställa den maximala potentiella prestandan för enheter och sedan designa dem så nära dessa gränser som möjligt. Detta innebär att utnyttja metodiker för invers design, där numeriska beräkningar används för att syntetisera optimala former och materialdistributioner. Projektet fokuserar på en mängd olika elektromagnetiska system, inklusive antenner, gruppantenner, metaytor och filter. Genom att tillhandahålla grundläggande begränsningar för systemets prestanda och utveckla automatiserade designalgoritmer syftar projektet till att främja kunskapen inom tillämpad matematik, fysik och elektroteknik. På en teknisk nivå kan resultaten användas för att designa mer effektiva enheter, vilket kan förbättra energieffektiviteten och hållbarheten, särskilt inom informationsteknologi och kommunikationsteknik. När vi ser framåt förväntar sig projektet snabba framsteg inom beräkningsverktyg för design av elektromagnetiska enheter, där områden som elektromagnetiska beräkningsmetoder, optimering och maskininlärning integreras. Slutligen är målet att utveckla teknik som optimalt utnyttjar energi och andra resurser, vilket gynnar framtida internet och trådlösa nätverk.