Schnelle Dipolapproximation zur Beschreibung der Streuung und Abstrahlung beliebiger Leiter und Schlitzgeometrien in Resonatoren und im Freiraum

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ralf Vick
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453810896

Zum Schutz vor äußeren Einflüssen werden elektronische Geräte oft mit einem metallischen Gehäuse ausgestattet. Gleichzeitig schützt dieses Gehäuse den inneren und äußeren Bereich vor elektromagnetischen Wechselwirkungen, da die zugehörigen Wellen an der leitfähigen Oberfläche reflektiert, bzw. im Inneren des Schirmmaterials gedämpft werden. Allerdings weisen die meisten Gehäuse technisch bedingt Öffnungen, z. B. Lüftungsschlitze, auf, durch die beide Regionen elektromagnetisch gekoppelt sind. Die Untersuchung dieser Kopplungseigenschaften ist für die Beurteilung der Störfestigkeit und der Störaussendung eines Geräts von immer entscheidenderer Bedeutung. Die Kopplung nimmt zukünftig weiter zu, da die Taktfrequenzen bei modernen elektronischen Geräten steigen und immer höherfrequente elektromagnetische Felder mit den als elektrisch groß anzunehmenden Aperturen wechselwirken.Um diese Wechselwirkung zu beschreiben wird aktuell auf numerische Verfahren zurückgegriffen, die das Problem in mathematische Modelle überführen, bei denen eine physikalische Analyse der Wechselwirkungsprozesse nicht möglich ist und die so nur sehr eingeschränkt zu einem grundlegenden Verständnis beitragen können. Hinzu kommt, dass metallische Hohlkörper hochresonante Systeme sind, was zu Problemen bei der Lösung der mathematischen Modelle hinsichtlich der Konvergenz und einer sehr hohen Anzahl an Unbekannten führt.Eine weitgehend analytische Beschreibung der Streuung elektromagnetischer Wellen an elektrisch großen Aperturen ist daher Gegenstand dieses Projekts, denn diese erlaubt1. eine physikalische Interpretation der beteiligten Wechselwirkungsprozesse,2. eine gegenüber bisherigen Verfahren sehr schnelle Berechnung der gestreuten Felder und3. das Gewinnen eines grundlegenden Verständnisses des Streuprozesses.Es soll ein neues Verfahren zur Beschreibung der Streuung elektromagnetischer Wellen an geraden, dünnen Leitern und schlitzförmigen Aperturen verallgemeinert werden, um die Streuprozesse auch an beliebig geformten eindimensionalen Strukturen analytisch zu beschreiben. Dazu wird das Gesamtproblem mit Hilfe der Methode der analytischen Regularisierung in einen Anteil der Nah- und Fernwechselwirkung der Quellen und Felder zerlegt, um anschließend unter Ausnutzung der charakteristischen Eigenschaften der Anteile jeweils analytische Lösungen zu finden. Es wird erwartet, dass die verschiedenen Anteile der Lösung unterschiedlichen Streuprozessen entsprechen und so zu einem tieferen Verständnis des Gesamtproblems beitragen, wie es vom Antragsteller bereits für gerade Strukturen nachgewiesen und in renommierten Fachzeitschriften veröffentlicht wurde. Das Ergebnis soll ein neuartiges Verfahren zur Beschreibung der Streuung an beliebig geformten eindimensionalen Strukturen sein, bei dem die Wechselwirkung analytisch und damit sehr schnell berechnet sowie anhand etablierter numerischer Verfahren und projektbegleitenden Messungen validiert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen