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Numerische Berechnung elektromagnetischer Felder

Modulbezeichnung:
Bezeichnung des Moduls innerhalb des Studiengangs. Sie soll eine präzise und verständliche Überschrift des Modulinhalts darstellen.
Numerische Berechnung elektromagnetischer Felder
Studiengang:
Studiengang mit Beginn der Gültigkeit der betreffenden ASPO-Anlage/Studienordnung des Studiengangs, in dem dieses Modul zum Studienprogramm gehört (=Start der ersten Erstsemester-Kohorte, die nach dieser Ordnung studiert).
Elektro- und Informationstechnik, Master, ASPO 01.04.2019
Code: E2912
SAP-Submodul-Nr.:
Die Prüfungsverwaltung mittels SAP-SLCM vergibt für jede Prüfungsart in einem Modul eine SAP-Submodul-Nr (= P-Nummer). Gleiche Module in unterschiedlichen Studiengängen haben bei gleicher Prüfungsart die gleiche SAP-Submodul-Nr..
P211-0158, P211-0159
SWS/Lehrform:
Die Anzahl der Semesterwochenstunden (SWS) wird als Zusammensetzung von Vorlesungsstunden (V), Übungsstunden (U), Praktikumsstunden (P) oder Projektarbeitsstunden (PA) angegeben. Beispielsweise besteht eine Veranstaltung der Form 2V+2U aus 2 Vorlesungsstunden und 2 Übungsstunden pro Woche.
2V+2PA (4 Semesterwochenstunden)
ECTS-Punkte:
Die Anzahl der Punkte nach ECTS (Leistungspunkte, Kreditpunkte), die dem Studierenden bei erfolgreicher Ableistung des Moduls gutgeschrieben werden. Die ECTS-Punkte entscheiden über die Gewichtung des Fachs bei der Berechnung der Durchschnittsnote im Abschlusszeugnis. Jedem ECTS-Punkt entsprechen 30 studentische Arbeitsstunden (Anwesenheit, Vor- und Nachbereitung, Prüfungsvorbereitung, ggfs. Zeit zur Bearbeitung eines Projekts), verteilt über die gesamte Zeit des Semesters (26 Wochen).
5
Studiensemester: 2
Pflichtfach: ja
Arbeitssprache:
Deutsch
Prüfungsart:
Seminarvortrag (20%), Projektarbeit (80%)

[letzte Änderung 31.03.2019]
Verwendbarkeit / Zuordnung zum Curriculum:
Alle Studienprogramme, die das Modul enthalten mit Jahresangabe der entsprechenden Studienordnung / ASPO-Anlage.

E2912 (P211-0158, P211-0159) Elektro- und Informationstechnik, Master, ASPO 01.04.2019 , 2. Semester, Pflichtfach, technisch
Arbeitsaufwand:
Der Arbeitsaufwand des Studierenden, der für das erfolgreiche Absolvieren eines Moduls notwendig ist, ergibt sich aus den ECTS-Punkten. Jeder ECTS-Punkt steht in der Regel für 30 Arbeitsstunden. Die Arbeitsstunden umfassen Präsenzzeit (in den Vorlesungswochen), Vor- und Nachbereitung der Vorlesung, ggfs. Abfassung einer Projektarbeit und die Vorbereitung auf die Prüfung.

Die ECTS beziehen sich auf die gesamte formale Semesterdauer (01.04.-30.09. im Sommersemester, 01.10.-31.03. im Wintersemester).
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/innen: 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]
Weitere Lehrmethoden und 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 Nov 21 09:53:29 CET 2024, CKEY=emE2912, BKEY=eim, CID=E2912, LANGUAGE=de, DATE=21.11.2024]