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Numerische Berechnung elektromagnetischer Felder

Modulbezeichnung: Numerische Berechnung elektromagnetischer Felder
Studiengang: Elektro- und Informationstechnik, Master, ASPO 01.04.2019
Code: E2912
SWS/Lehrform: 2V+2PA (4 Semesterwochenstunden)
ECTS-Punkte: 5
Studiensemester: 2
Pflichtfach: ja
Arbeitssprache:
Deutsch
Prüfungsart:
Seminarvortrag (20%), Projektarbeit (80%)

[letzte Änderung 31.03.2019]
Zuordnung zum Curriculum:
E2912 Elektro- und Informationstechnik, Master, ASPO 01.04.2019, 2. Semester, Pflichtfach, technisch
Arbeitsaufwand:
Die Präsenzzeit dieses Moduls umfasst bei 15 Semesterwochen 60 Veranstaltungsstunden (= 45 Zeitstunden). Der Gesamtumfang des Moduls beträgt bei 5 Creditpoints 150 Stunden (30 Std/ECTS). Daher stehen für die Vor- und Nachbereitung der Veranstaltung zusammen mit der Prüfungsvorbereitung 105 Stunden zur Verfügung.
Empfohlene Voraussetzungen (Module):
Keine.
Als Vorkenntnis empfohlen für Module:
Modulverantwortung:
Prof. Dr. Albrecht Kunz
Dozent: Prof. Dr. Albrecht Kunz

[letzte Änderung 10.09.2018]
Lernziele:
Nach erfolgreichem Abschluss dieses Moduls sind die Studierenden in der Lage, ingenieurwissenschaftliche Fragestellungen aus dem Bereich der Feldtheorie mittels numerischer Methoden (Finite Differenzen Methode / Shooting Methode) zu lösen.
Die Studierenden erlernen anhand praxisorientierter Problemstellungen aus der Feldtheorie das Simulieren mittels Simulationssoftware (Matlab / CST Microwave Studio). Sie können die gewonnenen Simulationsergebnisse grafisch aufzubereiten, interpretieren und bewerten, um damit Lösungen im Vorfeld der technologischen Realisierung zu erarbeiten.
Die Studierenden analysieren die Stärken und Schwächen der unterschiedlichen Methoden (Shooting und Finite Differenzen Methode) im Vergleich, indem sie bei den gleichen Strukturen angewendet werden.
Die Studierenden validieren ihre Simulationsergebnisse anhand von Strukturen, bei denen eine analytische Lösung existiert.
Die Simulationsergebnisse werden in Kleingruppen gemeinsam ausgewertet und für die Präsentation im Beisein ihrer Kommilitoninnen und Kommilitonen aufbereitet. Beim gemeinsamen Ausarbeiten und Präsentieren ihrer Lösungsvorschläge zeigen die Studierenden kommunikative Kompetenz und Teamfähigkeit.
Während des Seminarvortrags können die Studierenden ihre Ergebnisse aus der Gruppenarbeit gut strukturiert, verständlich und ansprechend präsentieren

[letzte Änderung 18.07.2019]
Inhalt:
1. Einführung in die Simulationstechnik mittels des Simulationswerkzeugs Matlab
2. ßberblick über typische Feldprobleme (elektrostatische Felder, Wellenausbreitungsphänomene) und dazugehörige partielle Differentialgleichungen
3. Numerische Methoden der Feldsimulation
4. Shooting Methode am Beispiel der stationären Schrödinger Gleichung
5. Finite Differenzen Methode (1D und 2D)
6. Laplace Gleichung am Beispiel des Potentialverlaufs eines Plattenkondensators
7. Beam Propagation Methode
8. Beispiele einfacher Geometrien mit vorhandener analytischer Lösung
9. Fehlerkonvergenzanalyse durch Vergleich der analytischen Lösung mit den Simulationsergebnissen
10. Simulation der Wellenausbreitung in integriert optischen Strukturen auf der Basis von InP

[letzte Änderung 18.07.2019]
Lehrmethoden/Medien:
Skript, Präsentation mit Tafel und Beamer, PC mit installiertem Simulationswerkzeug

[letzte Änderung 31.03.2019]
Literatur:
Ascher, Uri M.: Numerical methods for evolutionary differential equations, SIAM, 2008
Großmann, Christian; Roos, Hans-Görg: Numerische Behandlung partieller Differentialgleichungen, Teubner, 2005, 3. Aufl.
Harrison, Paul: Quantum Wells, Wires and Dots, Wiley, 2016, ISBN 978-1118923368
Lonngren, Karl E.: Fundamentals of Electromagnetics with MATLAB, Scitech, 2007, ISBN 978-1-891121-58-6
Notaros, Branislav M.: MATLAB-Based Electromagnetics, Pearson, 2014, ISBN 0-13-285794-4
Schilling, Robert: Applied Numerical Methods for Engineering using MATLAB and C, Cengage Learning, 2007, ISBN 978-81-315-0400-0

[letzte Änderung 18.07.2019]
[Thu Aug  5 05:29:08 CEST 2021, CKEY=emE2912, BKEY=eim, CID=E2912, LANGUAGE=de, DATE=05.08.2021]