Computational Electromagnetics 2 F

Als Weiterführung zu „Computational Electromagnetics 1“ geht es um ein noch detaillierteres Verständnis der wichtigsten numerischen Methoden zur Lösung elektromagnetischer Feldprobleme mit dem finalen Ziel der eigenen Implementierung mittels Computerprogramm. Die Programmierung soll dabei sinnvollerweise in MATLAB erfolgen, um möglichst schnell erste Erfolge zu erzielen, und das berechnete Feld direkt zu visualisieren.

Computerorientierte Berechnungsverfahren für elektromagnetische Felder gehören mit zu den wichtigsten Entwurfswerkzeugen für Bauelemente z.B. der Mikrowellentechnik, der angewandten Optik, aber auch der Energietechnik. Diese Veranstaltung erläutert die verschiedenen Formulierungen des quasi-statischen Feldproblems und setzt diese mit den entsprechenden Lösungsverfahren in Beziehung.

Im Detail werden folgende Methoden und deren Implementierung erörtert:

1. Methode der Finiten Differenzen, kurz FDM (für den quasi-statischen und den elektrodynamischen Fall)

Hierbei wird eine spezielle im Fachgebiet entwickelte Variante, die schaltungs-basierten Finiten Differenzen (Equivalent-Circuit based Finite-Difference Time-Domain, kurz EC-FDTD) behandelt.

2. Finite Elemente Methode, kurz FEM (für den quasi-statischen Fall)
3. Momenten-Methode, kurz MoM (für den quasi-statischen Fall), auch Randwertmethode (Boundary Element Method, kurz BEM) genannt.

Die Teilnehmer wissen und verstehen,

• - warum numerische Methoden für das elektromagnetische Design von Bauteilen/Systemen aus der Praxis unbedingt benötigt werden,
• - wie sie die mathematische Formulierung der Lösung eines Feldproblems in ein systematisches Computerprogramm umsetzen,
• - welche numerische Methode am Besten für ein spezielles Problem geeignet ist,
• - welche Limitierungen die vorgestellten numerischen Methoden haben.

-    Allen Taflove, Susan C. Hagness: Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method. Norwood: Artech House, 2005.
-    Jianming Jin: The Finite Element Method in Electromagnetics. New York: John Wiley & Sons, 2002.
 
-    G. D. Smith: Numerical Solution of Partial Differential Equations: Finite Difference Methods. Oxford University Press, Oxford, 3rd edition 1985.
-    John C. Strikwerda: Finite Difference Schemes and Partial Differential Equations. Wadsworth & Brooks, Belmont, Calif., 1989.
-    Jianming Jin: The Finite Element Method in Electromagnetics. New York: John Wiley & Sons, 2002.
-    Roger F. Harrington: Field Computation by Moment Methods. New York: John Wiley & Sons, 1993. (reprint of IEEE Press)
-    Edward B. Magrab et al.: An Engineer‘s Guide to Matlab. Prentice Hall, 2000, ISBN: 0-1301-1335-2.

Grundlagenwissen über elektrodynamische Felder - z.B. aus der Veranstaltung "Theoretische Elektrotechnik 2".

-    Allen Taflove, Susan C. Hagness: Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method. Norwood: Artech House, 2005.
-    Jianming Jin: The Finite Element Method in Electromagnetics. New York: John Wiley & Sons, 2002.
 
-    G. D. Smith: Numerical Solution of Partial Differential Equations: Finite Difference Methods. Oxford University Press, Oxford, 3rd edition 1985.
-    John C. Strikwerda: Finite Difference Schemes and Partial Differential Equations. Wadsworth & Brooks, Belmont, Calif., 1989.
-    Jianming Jin: The Finite Element Method in Electromagnetics. New York: John Wiley & Sons, 2002.
-    Roger F. Harrington: Field Computation by Moment Methods. New York: John Wiley & Sons, 1993. (reprint of IEEE Press)
-    Edward B. Magrab et al.: An Engineer‘s Guide to Matlab. Prentice Hall, 2000, ISBN: 0-1301-1335-2.