Computational and Analytical Methods in Electromagnetics

Vortragende/r (Mitwirkende/r)
Nummer0000001890
Art
Umfang5 SWS
SemesterWintersemester 2019/20
UnterrichtsspracheDeutsch
Stellung in StudienplänenSiehe TUMonline
TermineSiehe TUMonline

Teilnahmekriterien & Anmeldung

Lernziele

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls können die Studierenden fortgeschrittene numerische und analytische Methoden zur Lösung elektromagnetischer Feldprobleme beurteilen und evaluieren. Sie sind in der Lage, diese Methoden anzuwenden, und im Rahmen der Anwendungsfelder dieser Methoden Feldlösungen für modifizierte Geometrien und Materialkonfigurationen zu generieren. Sie können die wechselseitigen Beziehungen zwischen mathematischen und physikalischen Betrachtungsweisen einschätzen, um Feldlösungen von praktischer Relevanz zu entwickeln. Sie können die Bedeutung analytischer Konzepte für die Entwicklung fortgeschrittener numerischer elektromagnetischer Feldberechnungsverfahren einschätzen.

Beschreibung

1) Mathematische und physikalische Grundlagen - Maxwells Equations - Boundary conditions - Vector spaces - Distributions and complex analysis - Uniqueness of field solutions - Green's functions - Radiation of electromagnetic sources - Huygens' principle 2) Numerische Lösungsverfahren - Finite-difference method - Finite-difference time-domain method - Finite element method - Integral equation method - Method of moments 3) Feldlösungen mit Greenschen Funktionen - Orthogonal series representations of Green's functions - Solution of the Laplace-/Helmholtz equation in Cartesian cylindrical and spherical coordinates - Surface and volume integral equation formulations of radiation and scattering problems 4) Vektorielle Wellenlösungen in kartesischen und sphärischen Koordinaten - Mie series solutions - Dyadic Green's functions in planar multilayered media - Spectral domain immitance approach - Transmission line representation - Sommerfeld integral representation - Michalski's mixed potential representation - Dipole over a halfspace (earth) 5) Einführung in die Variationsrechnung - Functional formulation of field solutions - First variation of functionals - Stationary field representations - Direct solution of variational problems - Rayleigh-Ritz procedure - Finite element method

Inhaltliche Voraussetzungen

- Mathematik - Elektrodynamik Die erfolgreiche Teilnahme an folgenden Modulen wird empfohlen: - Technische Felder und Wellen

Lehr- und Lernmethoden

Lehrmethode: Während der Vorlesung werden die Inhalte im Frontalunterricht vorgestellt und vermittelt. In den Übungsstunden werden die Aufgaben mit einem Tutor interaktiv besprochen. Die Studierenden sollen auch eigenständig Tutorien geben. Lernmethode: Zusätzlich zu den individuellen Methoden und Vorgehensweisen der Studierenden wird durch wiederholte Vorlesungen und Übungen vertieftes Wissen angestrebt. Folgende Medienformen finden Verwendung: - PowerPoint-Präsentationen - Skript - Übungsaufgaben mit Lösungen - Projektaufgaben mit Präsentationen

Studien-, Prüfungsleistung

Die Abschlussprüfung besteht aus einer mündlichen Prüfung von 25 Minuten Dauer. In der mündlichen Prüfung zeigen die Studierenden durch die Beantwortung von Fragen in begrenzter Zeit und ohne Hilfsmittel ihr theoretisches Wissen über numerische und analytische Verfahren zur Lösung von elektrostatischen, von akustischen und von elektromagnetischen Feldproblemen. Während des Semesters steht es den Studierenden frei, an Projektaufgaben teilzunehmen, in denen sie verschiedene Feldprobleme und deren Lösungen genauer betrachten. Die in den Projektaufgaben erbrachten Leistungen können zur Verbesserung der Modulnote eingebracht werden. Die Modulnote ergibt sich zu 100% aus der Note der mündlichen Prüfung. Die in den Projektaufgaben erzielte Note zählt zu 20% zur Modulnote, falls die gewichtete Gesamtnote aus mündlicher Prüfung (80%) und Projektaufgaben (20%) zu einer Verbesserung gegenüber der mündlichen Prüfung alleine füh

Empfohlene Literatur

Folgende Literatur wird empfohlen: - Jin, J.-M.: Theory and Computation of Electromagnetic Fields, Wiley 2010 - Chew, W.C.: Waves and Fields in Inhomogeneous Media,IEEE Press, 1995 - Jackson, J.D.: Classical Electrodynamics, Wiley, 1962 - Tai, C.-T.: Dyadic Green Functions in Electromagnetic Theory, IEEE Press, 1994 - Peterson, Ray: Computational Methods for Electromagnetics, IEEE Press, New York, 1997 - Collin, R.E.: Field Theory of Guided Waves, IEEE Press, 1991 - Thomas Rylander,‎ Pär Ingelström,‎ Anders Bondeson: Computational Electromagnetics, Springer, 2013 - Felsen, L.B., Marcuvitz, N.: Radiation and Scattering of Waves, IEEE Press, 1994

Links