Thesis (MScEng (Electrical and Electronic Engineering))--University of Stellenbosch, 2010. / ENGLISH ABSTRACT: The aggressive space mapping algorithm is used in this project for the optimisation of electromagnetic structures. This technique combines the use of fast, less accurate models with more time-consuming, high precision models in the optimisation of a design. MATLAB’s technical computing environment possesses powerful tools for optimisation as well as the graphical representation and mathematical post-processing of data. A software interface, which uses Visual Basic for Applications, is created between MATLAB and the electromagnetic solvers, CST Microwave Studio and μWave Wizard, that are used for the fine and coarse model calculations. The interface enables the direct interchange of data, which allows MATLAB to control the optimisation for the automation of the design process. The optimisation of a microwave coaxial resonator with input coupling is used to demonstrate the design environment. An accurate equivalent circuit model is available to describe the problem. The space mapping optimisation of this structure works well, with a significant improvement in the efficiency of the optimisation when compared to standard optimisation techniques. Multimode horn antennas are of interest for use as feeds in radio-astronomy telescope systems. The design of a stepped circular horn antenna in the space mapping design environment is presented. The horn’s radiation pattern is optimised for low cross-polarisation. This structure is much more complex to model than the resonator example. The generalised scattering matrix representation is used in the coarse model description. The far-fields are calculated from the aperture fields by means of the Fast Fourier Transform. Various tests confirm that the optimisation is steered in the right direction as long as the coarse model response follows the trend of the fine model response over the optimisation space. The presented design environment is a powerful tool for the automation of the design of electromagnetic structures. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die aggressiewe ruimte-afbeelding algoritme word in hierdie projek gebruik vir die optimering van elektromagnetiese strukture. Hierdie tegniek kombineer die gebruik van vinnige, minder akkurate modelle tesame met tydrowende hoë presisie modelle tydens die optimering van ’n ontwerp. MATLAB se tegniese verwerkingsomgewing beskik oor kragtige gereedskap vir optimering sowel as die grafiese voorstelling en wiskundige verwerking van data. ’n Sagteware koppelvlak, wat Visual Basic for Applications benut, word geskep tussen MATLAB en die elektromagnetiese oplossers, CST Microwave Studio en μWave Wizard, wat vir die fyn en growwe model berekeninge gebruik word. Hierdie koppelvlak maak die direkte uitruiling van data moontlik, wat MATLAB in staat stel om die optimering te beheer ten einde die ontwerpsproses te outomatiseer. Die optimering van ’n mikrogolf koaksiale resoneerder met intree koppeling word gebruik om die ontwerpsomgewing te demonstreer. ’n Akkurate ekwivalente stroombaanmodel is beskikbaar om die probleem mee te beskryf. Die ruimte-afbeelding optimering van hierdie struktuur werk goed en toon ’n aansienlike verbetering in die doeltreffendheid van die optimering wanneer dit met standaard optimeringstegnieke vergelyk word. Multimodus horingantennes is van belang in radio-astronomie, waar dit as voere vir teleskope gebruik word. Die ontwerp van ’n trapvormige, sirkelvormige horingantenne in die ruimte-afbeelding ontwerpsomgewing word aangebied. Die stralingspatroon van die horing word optimeer vir lae kruispolarisasie. Hierdie struktuur is heelwat meer ingewikkeld om te modelleer as die resoneerder voorbeeld. Die veralgemeende strooimatriks voorstelling word gebruik in die growwe model beskrywing. Die ver-velde word bereken vanaf die velde in die bek van die antenne, deur gebruik te maak van die Vinnige Fourier Transform. Verskeie toetse bevestig dat die optimering in die regte rigting gestuur word, solank as wat die growwe model se gedrag dié van die fyn model oor die optimeringsgebied navolg. Die ontwerpsomgewing wat hier aangebied word, is ’n kragtige stuk gereedskap vir die outomatisering van die ontwerp van elektromagnetiese strukture.

Thesis (MscEng (Electrical and Electronic Engineering))--University of Stellenbosch, 2011. / ENGLISH ABSTRACT: The aim of this thesis is to investigate the suitability of TEM (Transverse Electromagnetic) horn antennas for use as feed structures for the Square Kilometre Array (SKA) radio telescope, in particular with regard to the roundness of the radiation pattern. A literature study shows that existing TEM horn designs do not yield a round radiation pattern over a wide bandwidth and that an alternative is required. The Method of Moments (MoM) is a computational electromagnetic (CEM) technique typically used in the analysis of TEM horn antennas. An in-house MoM solver is successfully developed to analyse such antennas and is able to calculate the current density on the surface of a conductor, as well as the farfield patterns of an antenna. A modification to an exponential TEM horn antenna is proposed and simulations show the modification is successful in yielding a round radiation pattern over a wide bandwidth. The modified exponential TEM horn has a convex triangular arc at the end of each antenna plate and is constructed for measurement. Due to limited construction capabilities, the measurements deviate slightly from the simulated results but still indicate the potential of the structure to yield a round radiation pattern over a wide bandwidth. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die doel van hierdie tesis is om die geskiktheid van transverse elektromagnetiese (TEM) horing antennas te ondersoek vir die gebruik as voerstrukture vir die Square Kilometre Array (SKA)- radioteleskoop, veral met betrekking tot die rondheid van die stralingspatroon. ’n Literatuurstudie toon dat bestaande TEM horing ontwerpe nie ’n ronde stralingspatroon oor ’n wye bandwydte lewer nie, en dat ’n alternatief nodig is. Die metode van momente is ’n rekenbare elektromagnetiese tegniek wat tipies gebruik word in die ontleding van TEM horing antennas. ’n In-huis metode van momente ontleder is suksesvol ontwikkel om sulke antennas te analiseer en is in staat om die stroomdigtheid op die oppervlak van ’n geleier, sowel as die vêrveld patrone van die antenna te bereken. ’n Wysiging van ’n eksponensiële TEM horing antenna word voorgestel en simulasies toon dat die veranderings suksesvol is om ’n ronde stralingspatroon oor ’n wye bandwydte te skep. Die verander eksponensiële TEM horing het ’n konvekse driehoekige boog aan die einde van elke antenna plaat en is gebou vir meting. Weens beperkte konstruksie vermoëns, toon die metings ’n afwyking van die gesimuleerde resultate, maar dui nogsteeds die potensiaal aan van die struktuur om ’n ronde stralingspatroon te lewer oor ’n wye bandwydte.