Schirmungseigenschaften elektrischer und elektronischer Systeme bei Anwesenheit periodischer Geometrien und Materialien

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Gronwald
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252236641

Das Ziel des beantragten Projekts ist die Entwicklung und messtechnische Validierung von analytisch-numerischen Methoden zur effizienten Berechnung elektromagnetischer Felder in der Umgebung periodischer Geometrien und Materialien. Es sollen dadurch bestehende Beschränkungen in der Modellierung der elektromagnetischen Schirmwirkung periodischer Geometrien und Materialien im Rahmen der Elektromagnetischen Verträglichkeit komplexer Systeme aufgehoben werden. Als Grundlage der Untersuchungen dienen analytische Lösungen der Maxwellschen Gleichungen, die mit dem Formalismus der Momentenmethode kombiniert werden sollen. Hierfür ist bereits in Vorarbeiten eine Dünnschichtmethode entwickelt worden, in die mit hoher Flexibilität und Allgemeingültigkeit analytische Lösungen des elektromagnetischen Feldverhaltens in der Umgebung elektrisch dünner Schichten integriert werden können. Ergänzend lassen sich elektromagnetische Felder in der Umgebung periodischer Strukturen durch den Formalismus der periodischen Momentenmethode mit hoher Effizienz auswerten, so wie dies in eigenen Vorarbeiten in analoger Weise bereits für resonierende Systeme vollzogen worden ist. Bezogen auf die Untersuchung periodischer Materialien besteht das wesentliche Ziel darin, die Schirmwirkung von geschichteten Kohlefaserverbundstoffen auch für relativ niedrige Frequenzen berechnen zu können. Dies würde es ermöglichen, die Diffusionseinkopplung durch Kohlefaserverbundstoffe erstmalig adäquat in Blitzschutzanalysen miteinbeziehen zu können, was für den Blitzschutz von modernen Luftfahrzeugen gegen indirekte Blitzeffekte von außerordentlichem Interesse ist.Im Hinblick auf periodische Geometrien soll speziell die Modellierung und effiziente Berechnung der Schirmwirkung von Flächen mit periodisch angeordneten Aperturen und der Schirmwirkung von periodischen Drahtgittern untersucht werden. Auch hier besteht die Zielstellung zunächst darin, die Dünnschichtmethode mit analytischen Lösungen innerhalb eines flexiblen und allgemeinen Verfahrens zu kombinieren. Entsprechende analytische und effizient auszuwertende Lösungen zur Aperturkopplung sollen auf Grundlage der Floquet-Lyapunov-Theorie erarbeitet und angepasst werden. Speziell zur Analyse von periodischen Drahtgittern besteht die weitere Zielsetzung darin, den Formalismus der periodischen Momentenmethode zur Modellierung einzelner Drahtelemente auf Drahtgitter zu erweitern und die resultierenden mathematischen Ausdrücke mit Hilfe periodischer Greenscher Funktionen effektiv auszuwerten. Eine Umsetzung dieser Vorgehensweise bildet eine allgemeingültige Grundlage, um in Analysen der Elektromagnetischen Verträglichkeit komplexer Systeme solche periodischen Geometrien zu behandeln, die mit bestehenden numerischen Verfahren nur mit hohem oder nicht vertretbarem Aufwand modelliert werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen