Elektromagnetische Feldsimulation (L.048.24006), Wintersemester 2022/2023

Inhaltsbeschreibung

Die Veranstaltung "Elektromagnetische Feldsimulation" bietet eine Einführung in moderne Simulationsverfahren für elektromagnetische Feldprobleme. Im Mittelpunkt steht mit der Methode der Finiten Integration (FIT) ein moderner, sehr effizienter und erfolgreicher Ansatz aus der Klasse der gitterbasierten Verfahren. Es können Feldprobleme der Statik, Quasistatik und schnell-veränderliche Felder (elektromagnetische Wellen) bei nahezu beliebiger Materialverteilung behandelt werden. Die Modellierung mit FIT führt dabei auf algebraische Matrizengleichungen, deren Lösung ebenfalls einführend besprochen wird. Außerdem kommen einige verwandte Verfahren wie Finite Differenzen und Finite Elemente zur Sprache. In der zugehörigen programmierpraktischen Übung werden für einfache Problemstellungen der Simulationstechnik kleine Matlab-Programme erstellt. Ziel der Lehrveranstaltung ist u.a., die Möglichkeit und Grenzen der besprochenen Verfahren im praktischen Einsatz kennen zu lernen und einschätzen zu können. Außerdem wird das Fundament für eine Weiterentwicklung der Algorithmen im Rahmen wissenschaftlicher Projekte gelegt. Ein ausführliches Skript zur Vorlesung steht zur Verfügung.

Themengebiete

1. Einführung
   • Motivation
   • Klassifizierung von Lösungsmethoden
   • Numerische Ansätze
2. Grundlagen der Methode der finiten Integration
   • Gitter-Maxwellgleichungen
   • Eigenschaften der Diskretisierungsmatrizen
   • Randbedingungen
3. Lösung elektromagnetischer Feldprobleme
   • Statische Felder
   • Zeitveränderliche Felder
   • Zeitharmonische Felder (Frequenzbereich)
   • Transiente Felder (Zeitbereich)