Modularisierte Charakterisierung elektromagnetischer Feldprobleme
Final Report Abstract
Im Rahmen des Projektes wurden modulare hierarchische Darstellungen für elektromagnetische Felder untersucht und praktisch nutzbar gemacht. Motivierend für die Arbeiten waren die hierarchischen Strahlungszentren-Darstellungen innerhalb der sogenannte „Multilevel Fast Multipole"-Methode (MLFMM), die seit einigen Jahren sehr intensiv für die effiziente Lösung von Integralgleichungen genutzt wird. Auf der Grundlage dieser Ideen wurden Felddarstellungen geschaffen, die sowohl aus Simulationen als auch aus gemessenen elektromagnetischen Feldwerten im Nah- oder Femfeld parametrisiert werden können, ohne dass die felderzeugenden Strukturen im Detail bekannt sein müssen. Kemstück der erzielten Ergebnisse ist ein inverser Feldlöser, der durch eine systematische Adaption des MLFMM-Konzeptes aufdie vorliegende Problemstellung äußerst effizient arbeitet und darüber hinaus auch beliebige Nahfeld-Messsonden kompensieren kann. Dieser inverse Löser kann bei gleichbleibender numerischer Komplexität auf nahezu beliebige Abtastpunktverteilungen angewendet werden und bietet somit eine enorme Flexibilität im Hinblick auf wehere Anwendung, vor allem auch im Bereich der Antennenmesstechnik. Basierend auf asymptotischen Feldlösem ist es außerdem gelungen, approximative Vorwärtsparametrisierungen von Streuzentren vorzunehmen, die vor allem für die Behandlung von elektrisch sehr großen Problemstellungen geeignet sind. Invers bestimmte Ersatzstromverteilungen können nun unmittelbar als Anregungen innerhalb des zu Beginn der Arbeiten bereits vorhanden Integral gleichungslöser berücksichtigt werden, um somit sehr effizient große Problemstellungen, vor allem auch mit stark unterschiedlichen Detaillierungsgraden, modellieren zu können. Ais besonderes Highlight ist aus den Arbeiten ein äußerst effizienter und flexibler Algorithmus für die Nahfeid-Femfeld-Transformation von gemessenen Antennenfeldem entstanden, der in der wissenschaftlichen Fachwelt bereits große Anerkennung gefunden hat. Modulare hierarchische Felddarstellungen werden in Zukunft weiterhin von großem Interesse sein und in vielerlei Bereichen Anwendung finden. Zum Teil werden diese Ideen bereits jetzt schon von kommerziellen Simulationstool-Hersteilem aufgegriffen und genutzt. Die Möglichkeit, gemessene Feldbeschreibungen in Simulalionsmodelle einführen zu können, bietet große Möglichkeiten im Bereich effizienter Simulationen, im Bereich der Charakterisierung von Antennen, Antennenarrays (vor allem auch innerhalb von komplexen Umgebungen) und auch von Streuproblemen. Somit könnten in naher Zukunft komplette Systemsimulationen mit vemünftigem Aufwand gut durchgeführt werden. Die Erkenntnisse, die im Bereich der inversen Algorithmen gewonnen wurden, bieten hervorragende Einsatzmöglichkeiten in den Bereichen Imaging, Peilung oder auch bei der Charakterisierung von Funkverbindungen in komplexen Umgebungen.
Publications
- A General Purpose Inverse Equivalent Current Method Accelerated by the Multilevel Fast Multipole Method, XXIX General Assembly of the URSI, Chicago, 2008
Thomas F. Eibert, Carsten H. Schmidt
- Fully Probe-Corrected Near-Field Far-Field Transformation Employing Plane Wave Expansion and Diagonal Translation Operators, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 56, No. 3, pp. 737-746, March 2008
Carsten H. Schmidt, Martin M. Leibfritz, Thomas F. Eibert
- Multilevel Fast Near-Field Far-Field Transformafion for Electrically Large Antennas, IEEE Antennas and Propagation International Symposium, San Diego, 2008
Carsten H. Schmidt, Thomas F. Eibert
- Simplified Modeling of Complex Shaped Objects Using Scattering Center Distributions and Ray Optics, IEEE Antennas and Propagation International Symposium, San Diego, 2008
Hermann Buddendick, Thomas F. Eibert
- Hybrid Multilevel Plane Wave Based Near-Field Far- Field Transformation Ufilising Combined Near- and Far-Field Translations, Advances in Radio Science, Vol. 7, pp. 17-22, 2009
Carsten H. Schmidt, Thomas F. Eibert
- Integral Equation Methods for Near-Field Far-Field Transformation, Applied Computational Electromagnetics Society (ACES) Conference, Monterey, USA, 2009
Carsten H. Schmidt, Thomas F. Eibert
- Inverse Equivalent Current Methods with Multilevel Fast Multipole Accelerafion, IEEE Antennas and Propagation International Symposium, Charleston, 2009
Thomas F. Eibert, Carsten H. Schmidt
- Multilevel Fast Multipole Accelerated Inverse Equivalent Current Method Employing Rao-Wilton-Glisson Discretization of Electric and Magnetic Surface Currents, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 57, No. 4, pp. 1178-1185, April 2009
Thomas F. Eibert, Carsten H. Schmidt
- MuUilevel Plane Wave Based Near-Field Far-Field Transformation for Electrically Large Antennas in Free-Space or Above Material Halfspace, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 57, No. 5, pp. 1382-1390, May 2009
Carsten H. Schmidt, Thomas F. Eibert
- Near-Field Far-Field Transformation in Echoic Measurement Environments Employing Scattering Center Representations, European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), Berlin, 2009
Carsten H. Schmidt, Thomas F. Eibert
- Near-Field Transformation Utilizing Multilevel Plane Wave Representation Applied to Planar Measurements, URSI/USNC 2009 National Radio Science Meeting, Boulder, USA, 2009
Carsten H. Schmidt, Thomas F. Eibert
- Ismatullah, Fully Probe-Corrected Inverse Equivalent Current Methods with Multilevel Fast Multipole Acceleration and Higher-Order Current Expansion, Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS), Xian, 2010
T.F. Eibert, E. Kaliyapemmal, C.H. Schmidt
