«Einführung in die computerorientierte Feldtheorie (CoFT 1 ...

WS 2007/2008 – Wahlfachvorlesung: 2V+1U (3 SWS / 3 ECTS)
«Einführung in die computerorientierte Feldtheorie (CoFT 1)»
«Introduction to Computational Electromagnetics»
Dr. Peter Waldow Institut für Mobilfunk und Satellitentechnik (IMST GmbH), Kamp-Lintfort
Prof. Dr. Daniel Erni Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik (ATE), Universität Duisburg-Essen
Abstract
Numerische Berechnungsverfahren für elektromagnetische Felder gehören mit zu den wichtigsten
Entwurfswerkzeugen für Bauelemente z.B. der Mikrowellentechnik und der angewandten Optik. Diese
Veranstaltung erläutert die verschiedenen Formulierungen des elektromagnetischen Feldproblems und setzt
diese mit den entsprechenden Lösungsverfahren in Beziehung. Im Rahmen der Veranstaltung lernen die
Studierenden auch den typischen Aufbau von Simulationsplattformen kennen.
Lernziele
Die Teilnehmenden sollen die Gründe kennen, warum und in welchen Bereichen numerische Feldberechnungsmethoden
zur Anwendung kommen und nach welchen Gesichtspunkten die verschiedenen
Methoden kategorisiert werden. Die Vor- und Nachteile der einzelnen Methoden und ihre Grenzen sind
bekannt. Im Rahmen von kleinen Übungsprojekten sollen zudem erste Schritte in der Handhabung von
kommerziellen Feldberechnungsprogrammen gewagt werden.
Informationen
Vorlesung: Mi. 15-17 Uhr; Raum: BA 349 (Bismarckstrasse 81)
Programm
31.10.2007 Dr. P. Waldow (IMST), Prof. D. Erni (ATE)
Einführung
07.11.2007 Dr. P. Waldow (IMST)
Kategorisierung der verschiedenen Methoden
14.11.2007 Dr. P. Waldow (IMST)
Einführung in die Finite-Differenzen-Methode
21.11.2007 W. Bilgic (ATE)
Wavelet-Based FDTD
28.11.2007 A. Rennings (IMST, ATE)
Equivalent-Circuit based FDTD
05.12.2007 Dr. P. Waldow (IMST)
Momentenmethode (MoM)
12.12.2007 Dr. J. Stammen (ETS)
Finite-Elemente-Methode (FEM)
19.12.2007 Prof. W. Pascher (FernUniversität Hagen)
Methode der Geraden (MoL)
09.01.2008 Dr. Ch. Fumeaux (ETH Zürich)
Finite-Volume Time-Domain Method (FVTD)
16.01.2008 Prof. D. Erni (ATE)
Multiple-Multipol-Methode (MMP)
23.01.2008 Dr. N. Koster (ATE)
Spektralbereichsmethode
30.01.2008 Dr. P. Waldow (IMST), Prof. D. Erni (ATE)
Fazit, Schlussbemerkungen und Ausblick CoFT 2
06.02.2008 Fragen & Antworten
begleitende Dr. X. Cui, T. Liebig (Betreuung)
Übung, ab Kleine Semesterprojekte
31.10.2007 am Rechencluster unter Benutzung kommerzieller Simulationsplattformen.

Literatur
K. S. Yee, "Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equations in isotropic
media," IEEE Trans. Antenna Propag., Vol. 14, No. 8, pp. 302-307, May 1966.
J.-P. Berenger, " A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves," J. Comput. Phys.,
Vol. 114, pp. 185-200, 1994.
A. Rennings, S. Otto, C. Caloz, A. Lauer, W.Bilgic, and P. Waldow, "Composite right/left-handed extended
equivalent circuit (CRLH-EEC) FDTD: stability, dispersion analysis with examples," International
Journal of Numerical Modelling, vol. 19, no. 2, pp. 141-172, 2006.
W. Bilgic, I. Wolff, and D. Erni, "Perspective of the uniaxialwavelet-transformed FDTD scheme, " The 23rd
Annual Review of Progress in Applied Computational Electromagnetics (ACES 2007), March 19-23,
Verona, Italy, pp. 50-57, 2007.
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.
P. P. Silvester, R. L. Ferrari,
Finite Elements for Engineers.
Cambridge: Cambridge University Press, 1996.
C. Fumeaux, D. Baumann, K. Sankaran, K. Krohne, R. Vahldieck, E. Li,
"The Finite-Volume Time-Domain Method for 3-D Solutions of Maxwell 's Equations in Complex
Geometries: A Review", Proceedings of the European Microwave Association (EuMA),
in print, 2007.
Ch. Fumeaux, D. Baumann, R. Vahldieck, " Advanced FVTD simulation of dielectric resonator antennas and
feed structures," ACES J., Vol. 19, No. 3, pp. 155-164, Nov. 2004.
P. Bonnet, X. Ferrieres, B. L. Michielsen, P. Klotz, J. L. Roumiguières, "Finite-volume time domain method",
Chapt. 9 in "Time domain electromagnetics", ed. by S.M. Rao, Academic Press, San Diego, 1999.
Roger F. Harrington,
Field Computation by Moment Methods.
New York: John Wiley & Sons, 1993. (reprint of IEEE Press)
Christian Hafner,
The Generalized Multipole Technique for Computational Electromagnetics.
Norwood: Artech House, 1990.
Tatsuo Itoh,
Numerical Techniques for Microwave and Millimeter-Wave Passive Structures.
New York: John Wiley & Sons, 1989.