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IEICE TRANSACTIONS on Electronics

  • Impact Factor

    0.63

  • Eigenfactor

    0.002

  • article influence

    0.1

  • Cite Score

    1.3

Vorabveröffentlichung (wird sofort nach Annahme online veröffentlicht)

Volume E107-C No.11  (Publication Date:2024/11/01)

    Sonderteil über die neuesten Fortschritte bei Simulationstechniken und deren Anwendungen in der Elektronik
  • VORWORT Open Access

    Masayuki KIMISHIMA  

     
    FOREWORD

      Seite(n):
    440 440
  • Single-Shot-Spektralsensor mit mehrschichtigem Pixel-Scale-Filter-Array Open Access

    Yasuo OHTERA  

     
    INVITED PAPER

      Veröffentlicht:
    2024/02/22
      Seite(n):
    441 449

    Wir berichten über eine Methode zur Rekonstruktion des Spektrums einfallenden Lichts aus einem einzelnen Bild, das mit einer Multispektralkamera aufgenommen wurde. Die Kamera verfügt über ein dielektrisches mehrschichtiges Multispektralfilterarray (MSFA), das in einen CMOS-Bildsensor integriert ist. Zur Rekonstruktion des Spektrums wurde ein Sparse-Estimation-Algorithmus angewendet. Unter Verwendung von Gauß-Funktionen mit verschiedenen Bandbreiten und zentralen Wellenlängen als Basismatrix hat sich der Algorithmus als äußerst genau für die Schätzung der Spektren sowohl schmalbandiger monochromatischer als auch breitbandiger fluoreszierender Leuchtdioden (LEDs) erwiesen, unabhängig vom Wellenlängenband.

  • 3D-Vollvektorielle bidirektionale Strahlausbreitungsmethode für NRD-Leitfaden Open Access

    Hyunuk AHN  Akito IGUCHI  Keita MORIMOTO  Yasuhide TSUJI  

     
    PAPER

      Veröffentlicht:
    2024/03/08
      Seite(n):
    450 456

    Wir entwickeln eine neue 3D-Vollvektormethode zur bidirektionalen Strahlausbreitung mit finiten Elementen (3DFV-BiBPM), um die nichtstrahlenden dielektrischen Wellenleiterkomponenten (NRD-Leiter) zu handhaben, bei denen das Wellenleiterprofil in der senkrechten Richtung zu den parallelen Metallplatten variiert. Die BiBPM ist eine der auf Transfermatrix basierenden Methoden, bei der nur die Querschnitte mithilfe des Differenzen- oder Finite-Elemente-Schemas diskretisiert werden müssen, und sie kann im Gegensatz zur Standard-BPM Rückwärts- und Mehrfachreflexionen verarbeiten. Ein NRD-Leiter mit Luftspalt und ein Filter mit einem Saphirresonator werden unter Berücksichtigung der dielektrischen Verluste numerisch analysiert, um die Gültigkeit unseres Ansatzes zu untersuchen.

  • Finite-Elemente-Strahlausbreitungsmethode basierend auf Koordinatentransformation für optimales Design optischer Wellenleitergeräte Open Access

    Haonan CHEN  Akito IGUCHI  Yasuhide TSUJI  

     
    PAPER

      Veröffentlicht:
    2024/02/05
      Seite(n):
    457 464

    Um photonische Geräte mit einer sich langsam in Ausbreitungsrichtung ändernden Wellenleiterstruktur zu berechnen, entwickeln wir die Finite-Elemente-Strahlausbreitungsmethode (FE-BPM) mit Koordinatentransformation. Bei diesem Ansatz, bei dem ein sich in Längsrichtung ändernder Wellenleiter in den entsprechenden geraden Wellenleiter umgewandelt wird, können umständliche Prozesse in der FE-BPM, wie z. B. Netzaktualisierungen und Feldinterpolationsprozesse bei jedem Ausbreitungsschritt, vermieden werden. Wir verwenden diese Simulationstechnik bei der Formoptimierung photonischer Geräte und zeigen Designbeispiele für Moduskonverter. Um die Gültigkeit dieses Ansatzes zu zeigen, werden die berechneten Ergebnisse der entworfenen Geräte mit der Methode der finiten Elemente (FEM) oder der Standard-FE-BPM verglichen.

  • Konvergenzeigenschaften der Domänenzerlegungsmethode für die elektromagnetische Vollwellenanalyse Open Access

    Toshio MURAYAMA  Amane TAKEI  

     
    PAPER

      Veröffentlicht:
    2024/07/23
      Seite(n):
    465 471

    Eine Domänenzerlegungsmethode wird häufig zur Analyse groß angelegter elektromagnetischer Probleme eingesetzt. Die Methode zerlegt das Zielmodell in kleine unabhängige Unterdomänen. Eine elektromagnetische Analyse leidet inhärent unter später Konvergenz, die mit iterativen Algorithmen wie Krylov-Unterraumalgorithmen analysiert wird. Das DDM behebt dieses Problem, indem es das Gesamtsystem in Unterdomänenprobleme zerlegt und die lokalen Ergebnisse als Schnittstellenproblem sammelt, um die Gesamtlösung zu erreichen. In diesem Artikel berichten wir über die Konvergenzeigenschaften der Domänenzerlegungsmethode, während wir die Größe der lokalen Domäne und die Regionsform bei mehreren Maschengrößen ändern. Wie experimentelle Ergebnisse zeigen, hängt die Konvergenzgeschwindigkeit von der Anzahl der Variablen des Schnittstellenproblems und der Auswahl der lokalen Regionsformen ab. Darüber hinaus unterscheidet sich die Konvergenzeigenschaft je nach Zielfrequenzen. Im Allgemeinen wird gezeigt, dass die Konvergenzgeschwindigkeit mit einer großen kubischen Unterdomänenform beschleunigt werden kann. Wir schlagen die Unterdomänenauswahlstrategien basierend auf der Analyse der Konditionszahlen der maßgeblichen Gleichung vor.

  • Präzises Design eines 11-poligen TM010 Modendielektrischer Resonator BPF mit neuartigen kapazitiven Kopplungsstrukturen Open Access

    Fan LIU  Zhewang MA  Masataka OHIRA  Dongchun QIAO  Guosheng PU  Masaru ICHIKAWA  

     
    PAPER

      Veröffentlicht:
    2024/03/22
      Seite(n):
    472 478

    In diesem Artikel wird eine präzise Entwurfsmethode für Bandpassfilter höherer Ordnung (BPFs) mit komplizierten Kopplungstopologien vorgeschlagen und durch den Entwurf eines 11-poligen BPFs mit TM demonstriert.010 Modus-Dielektrikum-Resonatoren (DRs). Eine neuartige Z-förmige Kopplungsstruktur wird vorgeschlagen, die die gemischte Verwendung von TM vermeidet010 und TM01δ Modi und ermöglicht eine viel einfachere Abstimmung und Montage des Filters. Die Kopplungstopologie des BPF umfasst drei Kaskadentripletts (CTs) von DRs, und sowohl die kapazitiven als auch die induktiven Kopplungen in den CTs sind unabhängig voneinander abstimmbar ausgelegt, was folglich drei steuerbare Übertragungsnullstellen auf beiden Seiten des Durchlassbereichs des Filters erzeugt. Es wird ein Verfahren zum Zuordnen der Kopplungsmatrix des BPF zu seinen physikalischen Abmessungen entwickelt und eine iterative Optimierung dieser physikalischen Abmessungen wird implementiert, um die beste Leistung zu erzielen. Das Design des 11-poligen BPF wird durch die hervorragende Übereinstimmung zwischen der elektromagnetischen simulierten Reaktion des Filters und den gewünschten Zielspezifikationen als hochpräzise dargestellt.

  • Einschichtiger Zirkularpolarisator für linear polarisierte Hornantenne Open Access

    Ryo KUMAGAI  Ryosuke SUGA  Tomoki UWANO  

     
    PAPER

      Veröffentlicht:
    2024/04/26
      Seite(n):
    479 485

    In diesem Artikel wird ein einschichtiger Zirkularpolarisator für linear polarisierte Hornantennen vorgeschlagen. Die mehrfach reflektierten Wellen zwischen der Blende und dem Array sorgen für die gewünschten Phasenunterschiede zwischen vertikaler und horizontaler Polarisation. Der gemessene Gewinn der hergestellten Antenne beträgt 14.4 dBic und die Halbleistungsstrahlbreiten der vertikalen Polarisation betragen 28 und 24 Grad und die der horizontalen Polarisation 31 und 23 Grad in der vertikalen und horizontalen Ebene. Der Polarisator hat nur einen geringen Einfluss auf den Gewinn und die Strahlbreite der primären Hornantenne und ihre Änderungen liegen innerhalb von 1.7 dB und 10 Grad. Die 3-dB-Bruchbandbreite des Achsenverhältnisses wird mit 1.4 % gemessen.

  • Transiente Analyse elektromagnetischer Streuung von großräumigen Objekten mithilfe physikalischer Optik und schneller inverser Laplace-Transformation Open Access

    Seiya KISHIMOTO  Ryoya OGINO  Kenta ARASE  Shinichiro OHNUKI  

     
    BRIEF PAPER

      Veröffentlicht:
    2024/02/29
      Seite(n):
    486 489

    In diesem Artikel wird ein rechnergestützter Ansatz für die transiente Analyse umfangreicher Streuprobleme vorgestellt. Diese neuartige Methode basiert auf der Kombination von physikalischer Optik (PO) und der schnellen inversen Laplace-Transformation (FILT). PO ist eine Technik zur Analyse der elektromagnetischen Streuung von großen Objekten. Wir modifizieren PO für die Anwendung im komplexen Frequenzbereich, wo die gestreuten Felder ausgewertet werden. Die komplexe Frequenzfunktion wird mithilfe von FILT effizient in den Zeitbereich transformiert. Die Wirksamkeit dieser Kombination wird durch groß angelegte Analysen und transiente Reaktionen bei einem kurzen Impulsauftreffen nachgewiesen. Die Genauigkeit wird durch Vergleich mit Referenzlösungen untersucht und validiert.

  • Grundlegende Untersuchung der transienten Analysetechnik für mehrschichtige dispersive Medien durch FILT in Kombination mit der Continuous Fraction Expanded-Methode Open Access

    Kensei ITAYA  Ryosuke OZAKI  Tsuneki YAMASAKI  

     
    BRIEF PAPER

      Veröffentlicht:
    2024/03/08
      Seite(n):
    490 493

    In diesem Artikel schlagen wir die Methode der transienten Analyse vor, um mehrschichtige dispersive Medien zu analysieren. Dabei verwenden wir eine Kombination aus der schnellen Inversions-Laplace-Transformation (FILT) und den erweiterten Kettenbruchverfahren. Numerische Ergebnisse ergeben sich aus der Reflexionsreaktion, den Wellenformen der Inside-Time-Reaktion und den elektrischen Feldverteilungen der Reflexionskomponente. Darüber hinaus überprüfen wir die Berechnungsgenauigkeit der FILT-Methode für die beiden Typen mithilfe eines Konvergenztests.

  • Numerische Dispersionsanalyse der eindimensionalen iterierten Kurbel-Nicolson-basierten FDTD-Methode Open Access

    Akira KAWAHARA  Jun SHIBAYAMA  Kazuhiro FUJITA  Junji YAMAUCHI  Hisamatsu NAKANO  

     
    BRIEF PAPER

      Veröffentlicht:
    2024/03/01
      Seite(n):
    494 496

    Die numerische Dispersionseigenschaft wird für die Finite-Differenzen-Zeitbereichsmethode (FDTD) basierend auf dem iterierten Crank-Nicolson-Verfahren (ICN) untersucht. Die numerische Dispersionsrelation wird neu aus der Verstärkungsmatrix abgeleitet und ihre Eigenschaft wird unter Berücksichtigung des Eigenwerts der Matrix diskutiert. Es wird gezeigt, dass die ICN-FDTD-Methode bedingt stabil, aber leicht dissipativ ist.

  • Eine einfache Erweiterungsmethode unter Verwendung von Ausschnitten für bodendurchdringende Radarbilder im Deep Learning Open Access

    Jun SONODA  Kazusa NAKAMICHI  

     
    BRIEF PAPER

      Veröffentlicht:
    2024/04/26
      Seite(n):
    497 500

    Bodenradar (GPR) hat den Vorteil, dass es zerstörungsfrei und schnell innere Strukturen wie Hohlräume und vergrabene Rohre unter Straßen untersuchen kann. Allerdings ist es notwendig, die inneren Strukturen anhand der GPR-Bilder abzuschätzen. In jüngster Zeit wurden Erkennungs- und Detektionsmethoden für GPR-Bilder unter Verwendung von Deep Learning untersucht. In diesem Artikel wird eine Datenerweiterungsmethode unter Verwendung einer Ausschnittsmethode untersucht, die erforderlich ist, um GPR-Bilder mit Deep Learning genau abzuschätzen. Wir stellen fest, dass die Ausschnittserweiterung für alle in dieser Studie verwendeten Objekte höhere Erkennungsraten aufweist als eine häufig verwendete horizontale Verschiebungserweiterung.

  • Herzfrequenzkontrollsystem zum Gehen mit Echtzeit-Herzfrequenzvorhersage Open Access

    Kaiji OWAKI  Yusuke KANDA  Hideaki KIMURA  

     
    BRIEF PAPER

      Veröffentlicht:
    2024/04/23
      Seite(n):
    501 505

    In den letzten Jahren sind die sinkende Geburtenrate und die alternde Bevölkerung in Japan zu ernsthaften Problemen geworden. Um diese Probleme zu lösen, haben wir ein System auf Basis von Edge-KI entwickelt. Dieses System prognostiziert die zukünftige Herzfrequenz beim Gehen in Echtzeit und liefert Feedback, um die Trainingsqualität zu verbessern und die gesunde Lebenserwartung zu verlängern. In diesem Artikel haben wir die Herzfrequenz auf der Grundlage des vorgeschlagenen Systems in Echtzeit prognostiziert und Feedback geliefert. Es wurden Experimente ohne und mit der prognostizierten Herzfrequenz durchgeführt und ein Vergleich angestellt, um die Wirksamkeit der prognostizierten Herzfrequenz zu demonstrieren.

  • Regulärer Abschnitt
  • Entwicklung eines mikrowellenbasierten Nierendenervierungskatheters für die klinische Anwendung Open Access

    Shohei MATSUHARA  Kazuyuki SAITO  Tomoyuki TAJIMA  Aditya RAKHMADI  Yoshiki WATANABE  Nobuyoshi TAKESHITA  

     
    PAPER-Microwaves, Millimeter-Waves

      Veröffentlicht:
    2024/05/20
      Seite(n):
    506 516

    Die renale Denervierung (RDN) wurde als potenzielle Behandlungsmethode für Bluthochdruck entwickelt, der gegen herkömmliche blutdrucksenkende Medikamente resistent ist. Bei dieser Technik werden Nervenfasern rund um die Nierenarterie vom Inneren des Blutgefäßes abgetragen, wodurch die sympathische Nervenaktivität unterdrückt und eine blutdrucksenkende Wirkung erzielt werden soll. Derzeit laufen klinische Untersuchungen, um die Wirksamkeit der RDN bei der Behandlung von behandlungsresistentem Bluthochdruck zu bewerten. Obwohl häufig Hochfrequenz-Ablationskatheter (RF) verwendet werden, ist ihre Heizleistung begrenzt. Mikrowellenkatheter werden als weitere Option für die RDN in Betracht gezogen. Unser Ziel ist es, die technischen Herausforderungen bei der Anwendung von Mikrowellenkathetern bei der RDN zu lösen. In diesem Artikel haben wir einen Katheter mit einer Helixstruktur und einer Mikrowellenantenne (2.45 GHz) entwickelt. Die Antenne ist eine koaxiale Schlitzantenne, deren Abmessungen durch Optimierung des Reflexionskoeffizienten durch Simulation bestimmt wurden. Der gemessene Reflexionskoeffizient des Katheters beträgt -23.6 dB bei Verwendung von Eiweiß und -32 dB in der Nierenarterie. Der Katheterprototyp wurde von in vitro Experimente zur Validierung der Simulation. Das Verfahren funktionierte erfolgreich mit in vivo Experimente zur Ablation von Nierenarterien bei Schweinen. Die pathologische Untersuchung bestätigte, dass ein großer Bereich des perivaskulären Gewebes (> 5 mm) in einem einzigen Quadranten abgetragen wurde, ohne dass die Nierenarterie nennenswert geschädigt wurde. Unser vorgeschlagenes Gerät ermöglicht die Kontrolle der Ablationsposition und führt eine tiefe Nervenablation durch, ohne die Intima oder das umgebende Blut zu überhitzen, was auf einen äußerst leistungsfähigen neuen Denervierungskatheter hindeutet.