PUSKELY, J. Rekonstrukce blízkého pole antén [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2011.
Předkládaná disertační práce je zaměřena na řešení aktuálního problému rekonstrukce komplexního pole v blízké zóně antény z výsledků amplitudových měření na dvou plochách v této oblasti. Cílem práce bylo navrhnout efektivní algoritmus pro rekonstrukci fází intenzit pole v blízké oblasti a určení vyzařovacího diagramu antény ve vzdálené oblasti antény. Zvolený přístup je založen na hledání minima funkcionálu využitím optimalizačních postupů. Při lokalizaci globálního minima je počet proměnných redukován využitím obrazové komprese dat, poloha minima funkcionálu je pak určena pomocí lokální optimalizace. Navržený postup je výrazně rychlejší a robustnější než jiné dostupné algoritmy. Experimentální práce byly realizovány v laboratoři, kterou vede Prof. Giuseppe di Massa na univerzitě v Kantábrii. Ing. Puskely zde absolvoval měsíční odbornou stáž v rámci krátkých vědeckých misí mezinárodní akce COST IC0603 ASSIST. Disertační práce přináší nové poznatky v oblasti rekonstrukce blízkého pole antén, z nichž lze zvlášť uvést: - Srovnání vlastností minimalizačních algoritmů z hlediska dosahované přesnosti, výpočetní náročnosti a možnosti urychlení řešení využitím počátečního odhadu - Vytvoření nového postupu pro minimalizaci funkcionálu s kombinací globální a lokální optimalizace a s redukcí počtu proměnných využitím obrazové komprese dat - Srovnání výsledků rekonstrukce navrženým postupem se známými metodami a s výsledky přímého měření vyzařovacích charakteristik ve vzdálené zóně - Rozšíření postupů navržených pro měření na dvou rovinných plochách na situace s válcovou geometrií ploch Výsledky doktorandovy práce byly publikovány v článcích v impaktovaném časopise (Radioengineering), v příspěvcích na vědeckých konferencích (MMS 2008 Damascus, ICEAA Torino, EuCAP 2010 Barcelona) a v dalších publikacích. Osobně jsem přesvědčen, že předkládaná disertační práce Ing. Jana Puskelyho má velmi dobrou úroveň a proto ji jako doktorandův školitel doporučuji k obhajobě.
Oponentský posudek na disertační práci: Ing. Jan Puskely: "Reconstruction of the Antenna Near-field" Prof. Ing. Miloš Mazánek, CSc. - K13117, FEL ČVUT v Praze Aktuálnost tématu, cíle disertace a jejich splnění. Disertační práce ing. Puskelyho se zabývá počítačovou rekonstrukcí blízkého pole antén. Cíl práce považuji za dlouhodobě aktuální a autor ho směruje do dvou vzájemně propojených oblastí. Jedná se nejprve o globální metody zpracování měřených dat přičemž fázová měření jsou nahrazena amplitudovými měřeními. Druhou částí je vlastní rekonstrukce vyzařovacího diagramu antény. Metody jsou směrovány na optimalizaci z hlediska přesnosti dosažené rekonstrukce a na počet výpočetních iterací. Z výše uvedeného považuji práci za aktuální z hlediska současného stavu vědeckého poznání. Mimoto řada firem, která vyvíjí měřicí systémy pro testování antén, vyvíjí technologie pro měření v blízké zóně, a to jak v hardwarové, tak softwarové oblasti. Zde z konkurenčních důvodů není příliš mnoho dostupných informací, nicméně se domnívám, že autor této disertace skutečně vyvinul dílčí originální postupy. Teoretické výsledky dílčích prací přitom prověřil řadou experimentů na různých typech antén. Aktuálně stanovené cíle práce považuji za splněné. Přínos práce a zvolené metody zpracování, dosažené původní výsledky. Konkrétní přínosné části vidím v optimalizačních technikách (viz popis - přehled v kapitole 3.1.3), včetně jejich vzájemného porovnání a vlastní přínos je potom v kapitole 3.2, kde autor navrhuje minimalizační metodu a porovnává ji opět s ostatními přístupy. Zrychlení dosažené publikovaným algoritmem je jasně vidět z obr. 3.33. Navržené minimalizační metody potom v kapitole 3.22 ověřuje na rekonstrukci vyzařovacího diagramu řady odlišných antén. Testuje trychtýřovou anténu a anténní řadu. Dále navrhuje nový algoritmus pro získání potřebných dat pro určení fáze z měření ve dvou rovinách a následně jedné rovině - možnosti náhrady fázových měření takto pojatým měřením v jedné rovině (kapitola 3.3) považuji rovněž za původní příspěvek autora. Výsledky globálního optimalizačního procesu dále kombinuje s kompresními metodami zpracování odrazu, což samo o sobě v této kombinaci považuji rovněž za původní přístup. Porovnání potom je v kapitole 3.33, možnosti náhrady fázových měření měřením v jedné rovině jsou obsahem kapitoly 3.3 - rovněž tuto část považuji za původní příspěvek autora. Velice si cením pečlivého porovnání jednotlivých metod a výpočetních technik. Publikování dílčích částí práce Původní výsledky, které autor dosáhl, byly velmi široce publikovány. Vzhledem ke kvalitě dosažených výsledků je snad škoda, že se disertant nepokusil uplatnit výsledky své práce v publikaci v některém ze skutečně renomovaných zahraničních vědeckých časopisů. Nicméně seznam i současných publikací považuji za naprosto dostačující a odpovídající uznání práce vědeckou komunitou. Autor celou svojí prací, kterou předkládá i dílčími publikacemi, prokázal, že získal dostatečnou vědeckou erudici pro samostatnou vědeckou práci. Dotazy 1. Sumarizujte vhodnost metody (resp. obou navržených částí separátně i jako celek) pro různé třídy antén (např. liniové, planární, trychtýřové, reflektorové a vytvářené řady z uvedených). 2. Proč dáváte pro ověření v práci přednost cylindrické soustavě - není sférický popis univerzálnější? Závěrečné zhodnocení. Disertační práce psaná v angličtině je po vědecké i formální úrovni na potřebné úrovni. Je zpracována pečlivě a pokud mohu posoudit i na dobré jazykové úrovni. Velice si cením i toho, že práce je nejenom hodnotná z teoretického hlediska, ale že autor provedl a pečlivě vyhodnotil řadu ověřovacích experimentálních měření. Doktorand prokázal, že ovládá metody vědecké práce a přinesl nové poznatky do oboru. Mohu konstatovat, že disertační práce plně odpovídá zákonu 111/98Sb. a doporučuji ji k obhajobě za účelem udělení titulu Ph.D. V Praze, 27. prosince 2010 Prof. Ing. Miloš Mazánek, CSc
Posudek na disertační práci Autor: Ing. Jan PUSKELY Název: RECONSTRUCTION OF THE ANTENNA NEAR-FIELD Ing. Jan PUSKELY se ve své disertační práci věnuje aktuálnímu tématu měření antén v blízkém poli a námět práce odpovídá oboru disertace. Práce vykazuje původní přínosné části s originálním přínosem zejména v návrhu a důkladné analýze nových metod optimalizace a vyhodnocování měření. Důkladné analýzy řady souvisejících problémů svědčí o příkladném přístupu, i když některé výsledky by asi bylo možné očekávat (např. srovnání měření na jedné nebo dvou rovinách). Jádro disertační práce bylo na potřebné úrovni publikováno. Ze seznamu vědecké činnosti uchazeče vyplývá, že se jedná o pracovníka s vědeckou erudicí. Jedná se o disertační práci s nadprůměrnou úrovní a přitom s nezvykle širokým záběrem, která bezesporu ovlivní vývoj v této oblasti. Proto nebudu v dalším vyjmenovávat její klady, ale soustředím se na několik formálních i faktických připomínek: Poněkud úsměvné je tvrzení na s. 12: "Measurement of antenna near-field is performed in the near-field region lying in the range of distances and 2D2/ ", což pro vlnovou délku 33 mm a nepříliš velký průměr antény 1 m je rozsah od 0,033 do 60 m a zcela jistě se neuvažovala horní hranice. Horní hranice by umožnila na jedné straně formovat Gaborovu referenční vlnu (a tím odstranit nutnost měření fáze v blízké zóně). Na druhé straně vytvoří dostatek příležitostí pro naprosté znehodnocení měření v blízké zóně (odrazy od okolních předmětů) a výpočet pro větší úhly, neboť je dobře známo, že snímání v rovině nebo na válci dává informaci pouze pro úhly formované aperturou a okrajem snímání podle obr. 2.3 a rovnice (2.2), tzn. pro vzdálenost 60 m by tento úhel pro snímání 5 m byl arctg[(5-1)/2/60]= 1,9 , což je zcela nevyhovující. V úvodu jsou uvedeny některé skutečnosti, které jsou pokusem o soustředění dílčích poznatků, ucelený přehled a rozbor problematiky měření antén v blízkém poli. Tuto snahu lze hodnotit velmi kladně, i když ve světové literatuře existuje několik monografií a přehledných článků, které se věnují této problematice (např. práce [4] a článek [2] citované v disertaci). Bohužel je nutné konstatovat, že tato snaha není příliš úspěšná a přehled občas působí dojmem náhodně uvedených faktů. Například autor uvádí odkaz na článek o holografii z roku 1997. Přitom se již v sedmdesátých letech v bývalém Sovětském svazu věnovali holografickým metodám měření antén Bachrach a Kuročkin a jejich spolupracovníci v rozsáhlé řadě článků - viz např. článek KAPLUN, I. V., KUROČKIN, A. P. Radiotechnika i Elektronika, vol. 20, Oct. 1975, p. 2038-2045, kde jsou rozebírány náhodné chyby v holografické metodě pro určení anténních směrových charakteristik, nebo monografii o mikrovlnné holografii (1979). V disertaci uvedený nedostatek formování Gaborovy referenční vlny lze odstranit vytvořením referenční vlny pomocí vedení a změnou fáze. Tato metoda umožní používat měření jak v rovině, tak i na válcové ploše s korekcí vlivu sondy, jak je uvedeno např. v publikacích SCHEJBAL, V. Měření mikrovlnných antén v blízké zóně. Kandidátské minimum. SAV Bratislava, ÚVR Opočínek, 1976; SCHEJBAL, V. Měření parametrů antén v blízké zóně holografickou metodou. Slaboproudý obzor. 1978, vol. 39, no. 9, p. 403 - 407; SCHEJBAL, V. Měření fyzikálních parametrů mikrovlnných antén v blízké zóně. Kandidátská disertační práce, SAV Bratislava, ÚVR Opočínek, 1979 a SCHEJBAL, V., KOVARIK, V., CERMAK, D. Synthesized-Reference-Wave Holography for Determining Antenna Radiation Characteristics. IEEE Antennas and Propagation Magazine, 2008, vol. 50, no. 5, p. 71 - 83 (a řadě dalších prací zde citovaných). Pro zajímavost uvedu, že článek [2] citovaný v disertaci zmiňuje tuto metodu v poznámce: "2 In principle, phase can be obtained indirectly from an additional amplitude scan performed after a known reference signal is added to the original signal from the test antenna. This "microwave holographic" technique for determining phase from two amplitude scans has been further simplified to require just one amplitude scan if the phase of the reference signal is shifted linearly with the position of the probe, and the near-field is oversampled". Velmi pozitivně hodnotím značný počet citovaných prací. Je samozřejmě nemožné citovat všechny důležitější práce. Proto by bylo nesmyslné kritizovat, že některé významné práce nejsou citovány. Ovšem neuvažováním některých publikací došlo k tomu, že nelze souhlasit s některými závěry. Autor nevyužil práce autorů z NBS (jsou k dispozici v ČR), které experimentálně zkoumaly problémy přesnosti měření v blízké zóně. Je pozoruhodné, že autor vůbec nevyužil práci Yaghjiana o horní hranici chyb (NBS 667), která je velice často citovaná a několik výtisků je i v ČR. I když se občas uvádí, že tyto horní odhady jsou příliš vysoké, jedná se patrně o nejpodrobnější a nejvíce diskutované odhady chyb, kde jsou analyzovány i problémy se vzorkováním, volbou rozsahu snímání, chybami měřicích přístrojů včetně snímacího mechanizmu a rozložením pole v blízké zóně. Podobně málo využil práce autorů z NSI (např. RENSBURG, D. J. v. A Technique to Evaluate the Impact of Flex Cable Phase Instability on mm-wave Planar Near-Field Measurement Accuracies. Nearfield Systems Inc.). Proto třeba tvrzení, že metoda přímého měření není vhodná k zjišťování pole v blízkém okolí antény na vysokých kmitočtech, je poněkud diskutabilní - NSI nabízí systémy pro poměrně vysoké frekvence (mnohem více než 100 GHz). Je však asi možné souhlasit s tvrzením, že vývoj metod měření amplitudy a fáze v blízkém poli (ve frekvenční oblasti) je prakticky uzavřená kapitola a bude vhodné zkoumat další problémy. I v ČR je již řada zkušeností s měřením a simulacemi jak pro "obvyklé " měření amplitudy a fáze, tak i holografické práce. Dotazy: Vysvětlete poněkud nejasné formulace na s. 12: - "Magnetic and electric field propagate almost with zero phase shifts in this region, as it is in a far field. The knowledge of the electric field will be considered for this reason." - Jak odstraňuje navrhovaná metoda následující problémy (s. 12)? o Metal transmission lines, which are in the vicinity of the measured antenna, greatly distort the field by the local short-circuiting tangential components of electric field. This occurs even when using very thin lines. o Flexible transmission line does not usually provide adequate stability of amplitude and phase measurements at high frequencies. - Je možné provádět korekci sondy pro navrhované metody? Disertační práce, která je věnovaná velmi aktuálnímu tématu, splnila sledované cíle. Nepochybně přináší řadu důležitých poznatků, na které může úspěšně navázat další rozvoj vědy. Nahoře uvedené připomínky se však většinou vztahují k metodám, které byly pouze zmiňovány v úvodu a nebyly předmětem disertace. Po formální stránce splňuje disertace všechny náležitosti. Podle mého názoru splňuje disertační práce podmínky stanovené zákonem o vysokých školách, odpovídá obecně uznávaným požadavkům k udělení akademického titulu, a proto ji doporučuji jako výbornou práci k obhajobě. Prof. Ing. Vladimír Schejbal, CSc. Univerzita Pardubice V Pardubicích 29. října 2010
eVSKP id 34117