Die Forschung am Institut für Allgemeine Elektrotechnik
Numerische Simulation elektromagnetischer Felder
Beim Design elektrotechnischer Komponenten ist man an Grenzen angelangt, die einerseits aufgrund der Komplexität der Aufgabenstellungen ein Hinausgehen über Faustformeln und Erfahrungswerte erfordern und andererseits aus Kostengründen messtechnische Untersuchungen erst in fortgeschrittener Designphase erlauben, ja häufig sogar aus Gründen des schnellen Wettbewerbs ganz auf Prototypen verzichtet wird. Da analytische Methoden auf konkrete Anwendungsfälle meist nur unter unzulässigen Vereinfachungen anwendbar wären, haben numerische Verfahren zur Simulation elektromagnetischer Felder eine zentrale Bedeutung in der Elektrotechnik erhalten. Mit der numerischen Simulation lassen sich auch komplizierte Anwendungsprobleme mit vielen Details sehr gut behandeln, sodass die computergestützte Simulation zu einem unverzichtbaren Werkzeug im Design elektromagnetischer Komponenten geworden ist.
Die Schwerpunkte des Forschungsgebiets unserer Arbeitsgruppe liegen in der Entwicklung und Untersuchung neuer Algorithmen und numerischer Lösungsverfahren, in der Parallelisierung von Algorithmen und nicht zuletzt in der Anwendung der Simulationsmethoden auf konkrete Anwendungsprobleme, insbesondere aus der Physik der Teilchenbeschleuniger und der biomedizinischen Technik.
Mission Statement
Die Forschungsgruppe »Computational Electromagnetics« befasst sich mit der numerischen Modellierung elektromagnetischer Probleme in der Elektrotechnik, Physik und Biologie: Wir interessieren uns für die Vorhersage der Ausbreitung, Abstrahlung und Streuung elektromagnetischer Wellen in komplexen, mehrskaligen Medien und Multiphysik-Szenarien. Solche Vorhersagen werden von Ingenieuren für das Prototyping neuartiger Geräte (z. B. für die Antennendiagnose und -design oder für die Analyse von On-Chip- und On-Package-Verbindungen) oder von Forschern für das Design und die Validierung ihrer Experimente benötigt. Insbesondere biomedizinische Experimente können zu gefährlich und/oder zu kostspielig sein, um sie ohne vorherige numerische Studien durchzuführen.
Was numerische Studien zu einer Herausforderung macht, ist die Tatsache, dass Geräte und Experimente immer komplizierter werden: Breitband-Simulationen, elektrisch große Geometrien, Multiskalen-Probleme (sowohl räumlich als auch zeitlich), was insgesamt zu Milliarden von Unbekannten führt. Dies verhindert die Verwendung von Standardsoftware.
Um solche Probleme anzugehen, arbeiten wir an schnellen, stabilen und genauen Algorithmen, die trotz dieser Herausforderungen eine effiziente Lösung ermöglichen, Lösungen, die den Stand der Technik in der computergestützten Elektromagnetik voranbringen. In interdisziplinären Projekten mit Kollegen aus dem Maschinenbau, der Medizin und der Physik wenden wir unsere Algorithmen an und validieren sie.
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