Search
dr hab. inż. Tomasz Stefański
Employment
- Head of Department at Department of Decision Systems and Robotics
- Associate professor at Department of Decision Systems and Robotics
Publications
Filters
total: 92
Catalog Publications
Year 2018
-
Reduction of Computational Complexity in Simulations of the Flow Process in Transmission Pipelines
PublicationThe paper addresses the problem of computational efficiency of the pipe-flow model used in leak detection and identification systems. Analysis of the model brings attention to its specific structure, where all matrices are sparse. With certain rearrangements, the model can be reduced to a set of equations with tridiagonal matrices. Such equations can be solved using the Thomas algorithm. This method provides almost the same values...
Year 2017
-
Analytical Expression for the Time-Domain Green's Function of a Discrete Plane Wave Propagating in the 3-D FDTD Grid
PublicationIn this paper, a closed-form expression for the time-domain dyadic Green’s function of a discrete plane wave (DPW) propagating in a 3-D finite-difference time-domain (FDTD) grid is derived. In order to verify our findings, the time-domain implementation of the DPW-injection technique is developed with the use of the derived expression for 3-D total-field/scattered-field (TFSF) FDTD simulations. This implementation requires computations...
-
FDTD Simulations on Disjoint Domains with the Use of Discrete Green's Function Diakoptics
PublicationA discrete Green's function (DGF) approach to couple disjoint domains in the finite-difference time-domain (FDTD) grid is developed. In this method, total-field/scattered-field (TFSF) FDTD domains are associated with simulated objects whereas the interaction between them is modeled with the use of the DGF propagator. Hence, source and scatterer are simulated in separate domains and updating of vacuum cells, being of little interest,...
-
FPGA implementation of the multiplication operation in multiple-precision arithmetic
PublicationAlthough standard 32/64-bit arithmetic is sufficient to solve most of the scientific-computing problems, there are still problems that require higher numerical precision. Multiple-precision arithmetic (MPA) libraries are software tools for emulation of computations in a user-defined precision. However, availability of a reconfigurable cards based on field-programmable gate arrays (FPGAs) in computing systems allows one to implement...
-
Zależność parametrów quasi-dwuwymiarowego modelu małosygnałowego tranzystora MOS od punktu pracy
PublicationW artykule zaprezentowano wyniki optymalizacji zagadnień wielowymiarowych, zastosowanej do ekstrakcji wartości parametrów nie-quasi-statycznego modelu małosygnałowego tranzystora MOS dla różnych punktów pracy. Opisano zaimplementowany algorytm i otrzymane rezultaty badań.
-
Zależność parametrów quasi-dwuwymiarowego modelu małosygnałowego tranzystora MOS od punktu pracy
PublicationW artykule zaprezentowano wyniki optymalizacji zagadnień wielowymiarowych, zastosowanej do ekstrakcji wartości parametrów nie-quasi-statycznego modelu małosygnałowego tranzystora MOS dla różnych punktów pracy. Opisano zaimplementowany algorytm i otrzymane rezultaty badań.
Year 2016
-
Parallel implementation of the DGF-FDTD method on GPU Using the CUDA technology
PublicationThe discrete Green's function (DGF) formulation of the finite-difference time-domain method (FDTD) is accelerated on a graphics processing unit (GPU) by means of the Compute Unified Device Architecture (CUDA) technology. In the developed implementation of the DGF-FDTD method, a new analytic expression for dyadic DGF derived based on scalar DGF is employed in computations. The DGF-FDTD method on GPU returns solutions that are compatible...
Year 2015
-
A New Expression for the 3-D Dyadic FDTD-Compatible Green's Function Based on Multidimensional Z-Transform
PublicationIn this letter, a new analytic expression for the time-domain discrete Green's function (DGF) is derived for the 3-D finite-difference time-domain (FDTD) grid. The derivation employs the multidimensional Z-transform and the impulse response of the discretized scalar wave equation (i.e., scalar DGF). The derived DGF expression involves elementary functions only and requires the implementation of a single function in the multiple-precision...
-
Acceleration of the DGF-FDTD method on GPU using the CUDA technology
PublicationWe present a parallel implementation of the discrete Green's function formulation of the finite-difference time-domain (DGF-FDTD) method on a graphics processing unit (GPU). The compute unified device architecture (CUDA) parallel computing platform is applied in the developed implementation. For the sake of example, arrays of Yagi-Uda antennas were simulated with the use of DGF-FDTD on GPU. The efficiency of parallel computations...
-
Analysis of radiation and scattering problems with the use of hybrid techniques based on the discrete Green's function formulation of the FDTD method
PublicationIn this contribution, simulation scenarios are presented which take advantage of the hybrid techniques based on the discrete Green's function formulation of the finite-difference time-domain (DGF-FDTD) method. DGF-FDTD solutions are compatible with the finite-difference grid and can be applied for perfect hybridization of the FDTD method. The following techniques are considered: (i) DGF-FDTD for antenna simulations, (ii) DGF-based...
-
FDTD-Compatible Green's function based on scalar discrete Green's function and multidimensional Z-transform
PublicationIn this contribution, a new formulation of the discrete Green's function (DGF) is presented for the finitedifference time-domain (FDTD) grid. Recently, dyadic DGF has been derived from the impulse response of the discretized scalar wave equation (i.e., scalar DGF) with the use of the multidimensional Z-transform. Its software implementation is straightforward because only elementary functions are involved and a single function...
Year 2014
-
Analytical Expression for the Time-Domain Discrete Green's Function of a Plane Wave Propagating in the 2-D FDTD Grid
PublicationIn this letter, a new closed-form expression for the time-domain discrete Green's function (DGF) of a plane wave propagating in the 2-D finite-difference time-domain (FDTD) grid is derived. For the sake of its verification, the time-domain implementation of the analytic field propagator (AFP) technique was developed for the plane wave injection in 2-D total-field/scattered-field (TFSF) FDTD simulations. Such an implementation of...
-
Application of the discrete Green's function-based antenna simulations for excitation of the total-field/scattered-field interface in the FDTD method
PublicationIn this article, the discrete Green's function formulation of the finite-difference time-domain (DGF-FDTD) method is proposed for simulation of wire antennas irradiating inhomogeneous dielectric scatterers. Surface equivalence theorem in the discrete domain is used to separate the problem into an inhomogeneous domain and a wire antenna that are simulated with the use of FDTD and DGF-FDTD, respectively. Then, the excitation of the...
-
Exact modal absorbing boundary condition for waveguide simulations - discrete Green's function approach
PublicationA modal absorbing boundary condition (ABC) based on the discrete Green's function (DGF) is introduced and applied for termination of waveguides simulated by means of the finite-difference time-domain (FDTD) method. The differences between the developed approach and implementations already demonstrated in the literature are presented. By applying DGF, a consistent theoretical approach to modal ABC in the FDTD method is obtained....
-
Hybridization of the FDTD method with use of the discrete Green's function
PublicationIn this contribution, a hybrid technique is presented which combines the finite-difference time-domain (FDTD) method and the discrete Green's function (DGF) formulation of this method. FDTD is a powerful technique for the analysis of complex penetrable objects but its application is not efficient when the computational domain includes many free-space cells. Therefore, the hybrid method was developed which is applicable to complex...
-
OpenGL accelerated method of the material matrix generation for FDTD simulations
PublicationThis paper presents the accelerated technique of the material matrix generation from CAD models utilized by the finite-difference time-domain (FDTD) simulators. To achieve high performance of these computations, the parallel-processing power of a graphics processing unit was employed with the use of the OpenGL library. The method was integrated with the developed FDTD solver, providing approximately five-fold speedup of the material...
-
Parallel Implementation of the Discrete Green's Function Formulation of the FDTD Method on a Multicore Central Processing Unit
PublicationParallel implementation of the discrete Green's function formulation of the finite-difference time-domain (DGF-FDTD) method was developed on a multicore central processing unit. DGF-FDTD avoids computations of the electromagnetic field in free-space cells and does not require domain termination by absorbing boundary conditions. Computed DGF-FDTD solutions are compatible with the FDTD grid enabling the perfect hybridization of FDTD...
Year 2013
-
Accuracy of the Discrete Green's Function Formulation of the FDTD Method
PublicationThis paper reports an evaluation of the accuracy of the discrete Greens function (DGF) formulation of the finite-difference time-domain (FDTD) method. Recently, the closed-form expression for the DGF and its efficient numerical implementation were presented, which facilitates applications of the DGF in FDTD simulations of radiation and scattering problems. So far, the accuracy of the DGF formulation of the FDTD method has been...
-
Applications of the discrete green's function in the finite-difference time-domain method
PublicationIn this paper, applications of the discrete Green's function (DGF) in the three-dimensional (3-D) finite-difference time-domain (FDTD) method are presented. The FDTD method on disjoint domains was developed employing DGF to couple the subdomains as well as to compute the electromagnetic field outside these subdomains. Hence, source and scatterer are simulated in separate subdomains and updating of vacuum cells, being of little...
-
Discrete Green's function approach to disjoint domain simulations in 3D FDTD method
PublicationA discrete Green’s function (DGF) approach to couple 3D FDTD subdomains is developed. The total-field/scattered-field subdomains are simulated using the explicit FDTD method whilst interaction between them is computed as a convolution of the DGF with equivalent current sources measured over Huygens surfaces. In the developed method, the DGF waveforms are truncated using the Hann’s window. The error varies in the range -65 to -40...
-
Electromagnetic Problems Requiring High-Precision Computations
PublicationAn overview of the applications of multiple-precision arithmetic in CEM was presented in this paper for the first time. Although double-precision floating-point arithmetic is sufficient for most scientific computations, there is an expanding body of electromagnetic problems requiring multiple-precision arithmetic. Software libraries facilitating these computations were described, and investigations requiring multiple-precision...
-
Hybrid Technique Combining the FDTD Method and Its Convolution Formulation Based on the Discrete Green's Function
PublicationIn this letter, a technique combining the finite-difference time-domain (FDTD) method and its formulation based on the discrete Green's function (DGF) is presented. The hybrid method is applicable to inhomogeneous dielectric structures that are mutually coupled with wire antennas. The method employs the surface equivalence theorem in the discrete domain to separate the problem into a dielectric domain simulated using the FDTD method...
-
Implementation of FDTD-compatible Green's function on heterogeneous CPU-GPU parallel processing system
PublicationThis paper presents an implementation of the FDTD-compatible Green's function on a heterogeneous parallel processing system. The developed implementation simultaneously utilizes computational power of the central processing unit (CPU) and the graphics processing unit (GPU) to the computational tasks best suited to each architecture. Recently, closed-form expression for this discrete Green's function (DGF) was derived, which facilitates...
-
Windowing of the Discrete Green's Function for Accurate FDTD Computations
PublicationThe paper presents systematic evaluation of the applicability of parametric and nonparametric window functions for truncation of the discrete Green's function (DGF). This function is directly derived from the FDTD update equations, thus the FDTD method and its integral discrete formulation can be perfectly coupled using DGF. Unfortunately, the DGF computations require processor time, hence DGF has to be truncated with appropriate...
Year 2012
-
Acceleration of the discrete Green's function computations
PublicationResults of the acceleration of the 3-D discrete Green's function (DGF) computations on the multicore processor are presented. The code was developed in the multiple precision arithmetic with use of the OpenMP parallel programming interface. As a result, the speedup factor of three orders of magnitude compared to the previous implementation was obtained thus applicability of the DGF in FDTD simulations was significantly improved.
-
Accuracy of the discrete Green's function computations
PublicationThis paper discusses the accuracy of the discrete Green's function (DGF) computations. Recently closed-form expression of the DGF and its efficient numerical implementation were presented which facilitate the DGF applications in FDTD simulations of radiation and scattering problems. By carefully comparing the DGF results to those of the FDTD simulation, one can make conclusions about the range of the applicability of the DGF for...
-
Fast implementation of FDTD-compatible green's function on multicore processor
PublicationIn this letter, numerically efficient implementation of the finite-difference time domain (FDTD)-compatible Green's function on a multicore processor is presented. Recently, closed-form expression of this discrete Green's function (DGF) was derived, which simplifies its application in the FDTD simulations of radiation and scattering problems. Unfortunately, the new DGF expression involves binomial coefficients, whose computations...
-
Implementation of FDTD-Compatible Green's Function on Graphics Processing Unit
PublicationIn this letter, implementation of the finite-difference time domain (FDTD)-compatible Green's function on a graphics processing unit (GPU) is presented. Recently, closed-form expression for this discrete Green's function (DGF) was derived, which facilitates its applications in the FDTD simulations of radiation and scattering problems. Unfortunately, implementation of the new DGF formula in software requires a multiple precision...
Year 2007
-
Zjawisko przesłuchu w wieloprzewodowych prowadnicach koplanarnych
PublicationCelem pracy jest analiza zjawiska przesłuchu na bliskim i dalekim końcu sprzężonych linii koplanarnych (ang. Coupled Coplanar Waveguides C-CPW) i sprzężonych linii koplanarnych z centralnie umieszczonym uziemionym paskiem (ang. Coupled Coplanar Waveguides with central Grounded Strip C-CPWGS) o skończonej długości przy pobudzeniu falą prostokątną. Wymagało to stworzenia modeli numerycznych rozpatrywanych prowadnic i poddania ich...
Year 2006
-
Analysis of coplanar-type printed lines including parasitic effects of bonding wires between ground conductors
PublicationW pracy przedstwiono wyniki analizy propagacji sygnałów prostokątnych w strukturach sprzężonych falowodów koplanarnych z uwzględnieniem nieidealności połączeń pomiędzy przewodnikami masy. Wyniki analiz numerycznych dla wybranych struktur linii sprzężonych zweryfikowano pozytywnie w oparciu o rezultaty badań eksperymentalnych prowadzonych technikami czasowymi (TDR/TDT).
-
Analysis of single-ground-plane coplanar waveguide
PublicationW pracy przedstawion metodę analizy rodziny koplanarnych linii transmisyjnych z pojedynczym przewodem masy. Oryginalne, nie znane wcześniej wyniki modelowania numerycznego potwierdzone zostały dużą zgodnością z wynikami pomiarów wykonanych dla struktury falowodu koplanarnego z pojedynczym przewodem masy (SGP-CPW.
-
Experimental and numerical investigation of crosstalk effect in coupled coplanar waveguides - part i: bi-mode coupled line representation
PublicationW pracy przedstawiono analizę zjawiska przesłuchu w strukturze sprzężonych falowodów koplanarnych. Analiza wykorzystując metodę przestrzeni widmowej i bazując na dwurodzajowym modelu pary linii sprzężonych uwzględnia efekty dyspersji obserwowane w zakresie wysokich częstotliwośći. Przedyskutowano zagadnienie sposobu definicji impedancji charakterystycznych dla prowadzonych rodzajów pola. Wyniki modelowania numerycznego potwierdzono...
-
Experimental and numerical investigation of crosstalk effect in coupled coplanar waveguides - part II: Multimode coupled line representation
PublicationW pracy przedstawiono metodę analizy nieidealności połączenia poszczegółnych fragmentów rozłożonego ekranu na zjawisko przesłuchu w strukturze sprzężonych falowodów koplanarnych z uziemionym centralnym paskiem. Analiza bierze pod uwagę efekty dyspersji oraz wielorodzajową naturę rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w strukturze wieloprzewodowej. Teorię zweryfikowano praktycznie uzyskując bardzo dobrą zgodność pomiędzy wynikami...
-
Experimental frequency-domain characterization of fundamental guided mode parameters in coupled coplanar waveguide
PublicationW pracy przedstawiono metodę wyznaczania współczynnika propagacji oraz impedancji charakterystycznej rodzajów podstawowych w strukturze sprzężonych linii koplanarnych. Metoda, oparta o wykorzystanie specjalnych struktur pobudzających oraz klasyczne pomiary w dziedzinie częstotliwości przy pomocy wektorowego analizatora sieci wykazała przydatność do wyznaczania zależnych od częstotliwości parametrów struktury.
Year 2005
-
Analiza propagacji sygnałów cyfrowych w koplanarnych liniach transmisyjnych.
PublicationW pracy przedstawiono wyniki modelowania numerycznego zjawiska przesłuchu bliskiego i dalekiego końca w strukturze sprzężonych linii koplanarnych z uwzględnieniem wielorodzajowej propagacji fali elektromagnetycznej. Algorytm oparto na wykorzystaniu metody przestrzeni widmowej oraz transformacji Fouriera pomiędzy dzienią czasu i częstotliwości. Poprawność modelowania potwierdzono eksperymentalnie poprzez pomiar napięć przesłuchu...
-
Analysis of coupled coplanar waveguide with ideal bonding wires between ground conductors
PublicationPrzedstawiono zmodyfikowaną analizę sprzężonych linii koplanarnych prowadzącą do uproszczenia procesu modelowania struktur wieloprzewodowych zawierających poprzecznie ułożone względem kierunku propagacji fali mostki dla wyrównania potencjałów na odseparowanych przestrzennie przewodach. Wyniki analizy teoretycznej zweryfikowano doświadczalnie uzyskując potwierdzenie poprawności zastosowanego podejścia.
-
Compatible DC and small-signal MOSFET models for radio and microwave frequency simulation
PublicationZaprezentowano nowy model stałoprądowy tranzystora MOS i kompatybilny z nim uogólniony nie-quasi-statyczny model małosygnałowy. Model stałoprądowy został eksperymentalnie zweryfikowany dla tranzystorów MOS o długości kanału od 75 nm do kilkunastu mikrometrów, a model małosygnałowy od zera herców do 30 GHz.
Year 2004
-
Admitancja wejściowa i transadmitacyjna MOSFET'a w zakresie b. w. cz.
PublicationBazując na nowym nie quasi-statycznym modelu małosygnałowym tranzystora MOS, przeanalizowano i zweryfikowano eksperymentalnie aż do 30 GHz małosygnałową admitancję wejściową i transadmitancję tego elementu - dwa ważne i budzące najwięcej wątpliwości parametry macierzy admitancyjnej tranzystora.
-
Square-wave propagation along coupled coplanar transmission line.
PublicationW pracy przedstawiono wyniki modelowania propagacji fali prostokątnej w układzie sprzężonych linii koplanarnych z uziemionym centralnym paskiem. Przeanalizowano napięcia przesłuchów na bliskim i dalekim końcu linii sprzężonych wykazując poprawę zgodności wyników modelowania i eksperymentu przy uwzględnieniu propagacji wielomodowej.
-
Wysokoczestotliwościowy model małosygnałowy tranzystora MOS uwzgledniający efekt nasycenia prędkosci nośników.
PublicationZaproponowano nowy małosygnałowy model wysokoczęstotliwościowy tranzystora MOS oraz przedstawiono wyniki jego weryfikacji eksperymentalnej w zakresie częstotliwości aż do 30 GHz.
Year 2003
-
A non-quasi-static-signal MOSFET model for radio and microware frequencies including spreading gate resistances and capacitaces.
PublicationZaprezentowano nowy, spójny fizycznie nie-quasi-statyczny model małosygnałowy tranzystora MOS słuszny od 0 Hz aż do częstotliwości mikrofalowych. Scharakteryzowano właściwości nowego czterokońcówkowego modelu. Model został zweryfikowany eksperymentalnie aż do częstotliwości 27 GHz.
Year 2002
-
A non-quasi-static small-signal model of the four-terminal MOSFET for radio and microwave frequencies.
PublicationW pracy zaprezentowano nowy małosygnałowy model tranzystora MOS, w którymuwzględnia się efekt nasycenia prędkości nośników. Model jest spójny fizycznie i może być stosowany w analizie dowolnej konfiguracji włączenia tranzystora.
seen 6422 times