Elektromagnetiska beräkningar
Computational Electromagnetics

ETI260F, 6 högskolepoäng

Gäller från och med: Höstterminen 2019
Beslutad av: Professor Thomas Johansson
Datum för fastställande: 2019-10-11

Allmänna uppgifter

Avdelning: Inst för elektro- och informationsteknik
Kurstyp: Ren forskarutbildningskurs
Undervisningsspråk: Engelska

Syfte

Denna kurs omfattar några viktiga beräkningsmetoder för numerisk analys av elektromagnetiska fält för tekniska tillämpningar. Den inkluderar finit differens metoden (och finita differens tidsdomän metoden i synnerhet), finita elementmetoden, och den integralekvationsbaserade momentmetoden. En central del av kursen är att ge detaljerad kunskap om beräkningsmetoder för elektromagnetism som används som analys- och simuleringsverktyg för att studera elektromagnetiska problem. När studenterna har tillgodogjort sig dessa tre metoder kommer de ha en djupare förståelse för numerisk analys av elektromagnetiska problem i tekniksimulering eller vetenskaplig forskning. Syftet med denna kurs är att ge god kunskap om principer, koncept, tillämpningar, prestanda och begränsningar för grundläggande elektromagnetism beräkningsmetoder.

Mål

Kunskap och förståelse

För godkänd kurs skall doktoranden

• kunna visa tillräckligt djup kunskap om mekanismerna bakom grundläggande elektromagnetiska beräkningsmetoder.
• kunna kritiskt analysera och beskriva fördelarna och nackdelarna med metoderna i kursen i olika elektromagnetiska applikationsscenarier från ett övergripande perspektiv.

Färdighet och förmåga

För godkänd kurs skall doktoranden

• kunna identifiera och formulera de grundläggande principerna för de tre numeriska metoderna.
• kunna stärka teoretisk förståelse i deras aktuella elektromagnetiska forskningsämnen.
• kunna självständigt arbeta med projekt som involverar muntliga presentationer och en skriftlig rapport, för att motivera ämnen och diskutera slutsatserna.

Värderingsförmåga och förhållningssätt

För godkänd kurs skall doktoranden kunna förstå principerna, fördelarna, begränsningarna och tillämpningsscenarierna för olika elektromagnetiska beräkningsmetoder och göra lämpligt urval och jämförande analys i studien av praktiska problem.

Kursinnehåll

Kursen fokuserar på de tre grundläggande elektromagnetiska beräkningsmetoder: Finita differens tidsdomän metoden - Den grundläggande principen för finita differens tidsdomän metoden introduceras genom att först härleda grundläggande finita differentieringsformler. Detta följs av stabilitets- och spridningsanalyser. Därefter introduceras metoden för att lösa Maxwells ekvationer i både två och tre dimensioner. Slutligen introducerar vi hur man kan begränsa beräkningsdomänen för analys av elektromagnetiska problem med öppen region med hjälp av absorberande gränsvillkor och perfekt matchade lager, hur man kan exitera incidentvågor i en beräkningsdomän och hur man beräknar fjärrområden baserade på närområdets information. Finita elementmetoden - Grundprincipen för finita elementmetoden introduceras genom att undersöka ett enkelt endimensionellt exempel. Sedan beskriver vi i detalj formuleringen av inita elementanalysen av elektromagnetisk skalär- och vektorproblem i frekvensområdet. Detta följs av förlängningen till tidsdomänen, som inkluderar en kort behandling av modellering av ett dispersivt medium. I båda fallen presenterar vi flera numeriska exempel för att demonstrera tillämpningar och möjligheter för finita elementmetoden. Momentmetoden - Den grundläggande principen för momentmetoden illustreras med hjälp av ett enkelt elektrostatisk problem. Vi formulerar sedan en allmän integralekvation för den tvådimensionella Helmholtz-ekvationen och tillämpar den på en mängd olika specifika problem. För varje specifikt problem beskriver vi dess momentmetodlösning steg för steg. Detta upprepas för tredimensionella elektromagnetiska fält problem som inkluderar spridning av olika ledande och dielektriska föremål. Slutligen använder vi ett relativt enkelt exempel för att illustrera hur man använder metoden i praktiken.

Kurslitteratur

Rylander, T., Ingelstrom, P. & Bondeson, A.: Computational Electromagnetics. ISBN 9781489986023.

Kursens undervisningsformer

Undervisningsformer: Föreläsningar, seminarier, litteraturkurs som självstudier

Kursens examination

Examinationsform: Skriftlig rapport
Betygsskala: Underkänd, godkänd
Examinator:

Antagningsuppgifter

Förutsatta förkunskaper: Elektromagnetisk teori

Övrig information

Kursansvarig: Shang Xiang, shang.xiang@eit.lth.se

Kurstillfällesinformation

Kontaktinformation och övrigt

Kursansvariga: