Forschungsschwerpunkte am Institut TEMF

Mittelpunkt der Forschung bei TEMF ist die numerische Simulation elektromagnetischer Vorgänge, die in einem breiten Spektrum der Wissenschaft und Technik von primärer Bedeutung sind. Der Anwendungsbereich solcher Simulationen streckt sich von niederfrequenten Industrieapplikationen bis hin zur Hochfrequenztechnik, von der Entwicklung elektromechanischer Sensoren bis zur bioelektromagnetischen Modellierung des menschlichen Körpers, vom Entwurf elektronischer Bauteile bis zur Elementarteilchenforschung in der Beschleuniger-Physik. Aufgrund der hohen Komplexität solcher Systeme läßt sich mit Hilfe empirischer Modelle oder durch analytische Berechnungen meist keine zuverlässige Lösung erzielen. Damit gewinnt die numerische Feldsimulation, auch Dank der rasanten Entwicklung in der Computertechnologie, stets an Bedeutung.

Ein wichtiger Ausgangspunkt der Forschung am Institut ist die Finite-Integrations-Theorie, die eine diskrete Formulierung für allgemeine, vektorielle Differentialgleichungen und insbesondere für die Maxwellgleichungen darstellt. FIT ist das erste Diskretisierungsverfahren ihrer Art, welche die Forschung im Bereich der numerischen Feldsimulation revolutioniert hat. Ein entscheidender Vorteil der FI-Formulierung im Vergleich zu anderen Methoden ist, daß sie eine in sich geschlossene Theorie darstellt, die sich im gesamten Spektrum elektromagnetischer Anwendungen mit Erfolg einsetzen läßt. Wichtige Forschungsschwerpunkte des Instituts sind:

Entwicklung von numerischen Verfahren

	Entwicklung von FIT-Algorithmen höherer Konvergenzordnung
	Entwicklung von FIT-Algorithmen auf strukturierten, nichtorthogonalen Gittern
	Einsatz von Spektralzerlegungsmethoden zur Entwicklung von "Reduced Order"-Modellen für die Systemmatrizen der FI-Methode
	Entwicklung von Untergitter-Algorithmen und adaptiven Diskretisierungsverfahren
	Entwicklung von Lösungsalgorithmen für elektro- und magnetoquasistatische Vorgänge mit indefiniter bzw. singulärer Systemmatrizen
	Entwicklung von iterativen Lösungsalgorithmen für große Gleichungssysteme

Modellierung

	Verbesserung der FIT-Geometrieapproximation durch spezielle Materialfüllungs-Verfahren von Teil-Gitterzellen.
	Modellierung von dünnen perfekt leitenden Metallschichten mit beliebiger Geometriekrümmung
	Generierung von orthogonalen und nicht-orthogonalen Hexaedergittern für die FIT-Methode

Anwendungen mit gekoppelten elektromagnetischen Feldern

	Gekoppelte Feld- und Temperaturberechnungen von transienten Vorgängen in verlustbehafteten Systeme
	Fluiddynamische Berechnung und Optimierung von on-board elektronischen Bauteilen mit gezwungener Konvektionskühlung
	Berechnung elektromagnetischer Felder im menschlichen Körper mit bioelektromagnetischen Anwendungen in der Medizin
	Simulation von Gasentladungsvorgängen und der Kollosisonsdynamik in Plasmas
	Modellierung primärer und sekundärer Emission geladener Teilchen aus Emissionsflächen mit beliebiger Geometriekrümmung

Anwendungen in der Niederfrequenztechnik

	Elektromechanische Berechnungen von dynamischen Systemen (mit bewegenden Bauteilen). Designstudien zur Entwicklung elektrischer Motoren
	Magnetostatische und magnetoquasistatische Feldsimulationen mit ferromagnetischen Materialien in Transformatoren, Magnetsensoren und magnetischen Speichermedien

Anwendungen in der Hochfrequenztechnik

	Feldberechnung von übertragungsgliedern und Bauteilen und deren Einbindung in Netzwerksimulationen
	Berechnung des Abstrahlungsverhaltens komplexer Antennensysteme in Anwesenheit von Streukörpern im Fernfeld mit hybriden Methoden
	Zeitbereich Feldsimulationen mit dispersiven und nicht-linearen Materialien mit Anwendungen in optischen Wellenleiter, Mikrowellenschalter und Dämpfungsgliedern
	Zeitbereich Feldsimulationen mit gyrotropischen Materialien zur Entwicklung hoch präziser Wellenfilter

Anwendungen in der Beschleunigerphysik

	Entwicklung von on-line-Simulationssoftware für Beschleuniger
	Dispersionsfreie Berechnung von Streufeldern (wake fields) in Beschleunigerkavitäten
	Optimierung von Hochfrequenzkomponenten wie Leistungskoppler und HOM-Koppler
	Strahldynamiksimulationen für aktuelle und zukünftige Beschleunigerprojekte
	Entwicklung von Simulationsmethoden niederenergetischer Elektronenstrahlen
	Designstudien über Beschleunigerresonatoren in Synchrotrons und Speicherringen
	Transiente Feldberechnungen in supraleitenden Magneten
	Untersuchung höherer Moden (HOM) in Beschleunigerresonatoren
	Impedanzanalyse und Optimierung von Beschleunigermodulen
	Analyse und Optimierung von planaren Pick-ups und Kicker-Elektroden
	Simulationen zu Wakefeldern im THz-Bereich

Visualisierung

Implementierung der VRML-Technik in die Visualisierung von dreidimensionalen Strukturen und deren Feldlösungen