نوع مقاله : مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی شریف

2 استادیار، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی شریف

10.22047/ijee.2022.316129.1869

چکیده

دانشجویان مقطع کارشناسی رشته‌های مهندسی، در کنار یادگیری کیفی مطالب نظری، می‌بایست مهارت‌های عملی، طراحی و کاربردی مورد نیاز را کسب کنند، تا آنها را برای ورود به بازار کار و یا ادامه تحصیل آماده سازد. در شاخه مخابرات مایکروویو و فوتونیک رشته مهندسی برق، تا کنون آزمایشگاه‌های مایکروویو، آنتن و اپتیک، دانشجویان را با جنبه‌های عملی، افزاره‌ها و دستگاه‌های اندازه‌گیری این حوزه آشنا کرده است. در دو دهه اخیر و با پیشرفت شگرف توانایی رایانه‌ها، نرم‌افزارهای شبیه‌سازی این حوزه کاربرد وسیعی هم در صنعت و هم در پژوهش‌های دانشگاهی پیدا کرده‌اند و به ابزارهایی جدایی‌ناپذیر از مراحل تحلیل و طراحی و پژوهش تبدیل شده‌اند. به دلایل تاریخی و همچنین پیچیدگی‌های محتوا در این شاخه، استفاده از این نرم‌افزارها در دوره کارشناسی معمولاً آموزش داده نمی‌شود، و اغلب مهندسان، پس از ورود به بازار کار و یا در مقاطع تحصیلات تکمیلی، بر حسب نیاز برای اولین‌بار این نرم‌افزارها را تجربه می‌کنند. در نتیجه، امروزه در دوره کارشناسی، جای آزمایشگاهی که نحوه صحیح استفاده از این نرم‌افزارها را به دانشجویان آموزش دهد، بسیار خالی است. در این راستا در نیمسال اول 00-1399 در دانشکده مهندسی برق دانشگاه صنعتی شریف، برای اولین‌بار درس نوینی با نام آزمایشگاه شبیه‌سازی در الکترومغناطیس طراحی و ارائه شد. بررسی تعداد زیادی از برنامه‌های آموزش مهندسی برق دانشگاه‌های داخل و خارج از کشور، مشخص ساخت که طراحی و اجرای آزمایشگاه شبیه‌سازی در الکترومغناطیس، در قالب یک درس رسمی مقطع کارشناسی، اقدامی نوین در آموزش مهندسی برق است. هدف این درس‌آموزش نحوۀ صحیح شبیه‌سازی، با استفاده از سه نرم‌افزار معروف و کاربردی شاخه مایکروویو و فوتونیک بوده است که بتواند اکثر جنبه‌های این حوزه را پوشش دهد. در این مقاله دلایل پیدایش و ایده اصلی درس، ساختار و نحوه ارائه آن، به همراه چالش‌ها و دستاوردهای این تجربه جدید، مورد بحث قرار گرفته است. در کنار مزایای پرکردن این خلأ آموزشی در برنامه کارشناسی مهندسی برق، ارائه این آزمایشگاه فرصت بسیار مغتنمی را جهت ایجاد انگیزه و علاقه به این شاخه در دانشجویان، آماده‌سازی آنها برای بازار کار و یا ادامه تحصیل و امکان مجازی‌سازی این آزمایشگاه (به‌خصوص در دوران شیوع همه‌گیری کووید-19)، ایجاد کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design and teaching of a new virtual laboratory course: “Computer Simulations in Electromagnetics”

نویسندگان [English]

  • Somayeh Boshgazi 1
  • Mohammad Memarian 2

1 Sharif University of Technology

2 Assistant professor, Dept. Electrical Engineering, Sharif Univeristy of Technology

چکیده [English]

Undergraduate engineering students must acquire practical skills alongside learning theory to better prepare them for their career. In the last two decades, simulation softwares in electromagnetics have become widespread in both industry and academia. But these softwares are not usually taught in electrical engineering (EE) programs, thus leaving a gap in skills of graduates when entering the job market or graduate school. In the first semester of 2020-2021, a new course entitled “Computer simulations in electromagnetics” was designed and offered in the School of EE of Sharif University of Technology which was a new step on a national and international level. The course objective was to teach the correct methods of simulation using three widespread softwares in the field of microwave and photonics, which cover most aspects of this field. In this paper, we discuss the main ideas behind the creation of this course, its syllabus, presentation method, as well as challenges and achievements in this effort. In addition to filling the educational gap in EE programs, this laboratory increases student interest and motivation, better prepares students for future, and allows for a virtual laboratory (especially in periods such as the Covid 19 pandemic).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Microwave and photonics
  • simulation laboratory
  • electromagnetic simulation
  • virtual education
ADS Quick Start. (2011). Retrieved from http://edadownload.software.keysight.com/eedl/ads/2011/pdf/adstour.pdf
Ahmady, S., Shahbazi, S., & Heidari, M. (2020). Transition to virtual learning during the coronavirus disease--2019 Crisis in Iran: Opportunity or challenge? Disaster Medicine and Public Health Preparedness, e11--e12.
Ansys Inc. (2019). HFSS help
Cheng, D. K. (1989). Field and wave electromagnetics  Pearson Education India.
COMSOL Conference Boston, United States October 3-5, 2018.COMSOL Multipysics. (2021). Release history. (Lumerical Inc.) Retrieved November 10, 2021, from https://www.comsol.com/: https://www.comsol.jp/release-history
Harrington, R. F. (1993). Field computation by moment methods. Wiley-IEEE Press.
Jin, J.M. (2011). Theory and computation of electromagnetic fields. John Wiley & Sons.
Lumerical. (2021). About Lumerical. (Ansys Canada) Retrieved November 10, 2021, from https://www.lumerical.com/: https://www.lumerical.com/about-lumerical/
Lumerical. (2021). Lumerical in the Literature. (Ansys Canada) Retrieved November 10, 2021, from https://www.lumerical.com: https://www.lumerical.com/in-the-literature/
Memarian, M. (2021b). Fields and waves course. Tehran, Iran: Sharif University of Technology [in Persian].
Memarian, M. (2021a). Microwave engineering course. Tehran, Iran: Sharif University of Technology [in Persian].
Nenni, D. (2021). HFSS - A history of electromagnetic simulation innovation. Retrieved November 10, 2021, from The semiwiki: https://semiwiki.com
Peterson, R. (2021). Innovations in high-frequency electromagnetic simulation. Retrieved November 10, 2021, from The Semiengineering: https://semiengineering.com/
Pozar, D. M. (2011). Microwave engineering. John wiley & sons.
Reddy, J. N. (2019). Introduction to the finite element method  McGraw-Hill Education.
Taflove, A., Hagness, S. C., & Piket-May, M. (2005). Computational electromagnetics: the finite-difference time-domain method. The Electrical Engineering Handbook 3.
Workshop on fun simulation with HFSS (Tarbiat Modres University 2019) [in Persian].
Workshop on Lumerical finite-difference-time-domain(FDTD) (on zoom April 12, 2021).