2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16816Das hier vorgeschlagene Projekt soll einen wissenschaftlichen Beitrag an der Schnittstelle dreier verschiedener Forschungsgebiete machen: (1) der Physik elektromagnetischer Feldwechsel-wirkung mit nichtlinear belasteten (beschalteten), elektrisch großen Strukturen und Oberflächen, (2) neuer Ingenieursanwendungen solcher Strukturen und Oberflächen und (3) der effizienten und stabilen numerischen Modellierung und Simulation solcher Strukturen und Oberflächen. In der jüngsten Vergangenheit war die vielfache Beschaltung von metallischen Strukturen, d.h. die elektrische Verbindung von mehreren Hundert nichtlinearer Lasten über eine elektrisch große Fläche, von großem Interesse. Das entsprechende Gebiet ist herausfordernd und verheißungsvoll zugleich für die Grundlagenforschung. Beispiele und Anwendungen, die gegenwärtig untersucht oder vorhergesehen werden für diese Art von Strukturen und Oberflächen schließen unter anderen ein: energieselektive Schirmung, wellenformabhängige Absorption, Selbstfokussierung von Oberflächenwellen, HF-Begrenzer, Bildgebung mit Auflösung unterhalb der Wellenlänge, nichtlineares Radar und nichtlineares Schalten sowie Fensterung im Zeitbereich. Auf Grund dieses gesteigerten Interesses ist es sehr wahrscheinlich, dass es in der nahen Zukunft einen wachsenden Bedarf an effizienten und validierten numerischen Methoden geben wird, um nichtlinear beschaltete Strukturen und Oberflächen zu entwerfen und zu optimieren. Basierend auf Vorarbeiten in den Arbeitsgruppen von Prof. Schuster an der Technischen Universität Hamburg-Harburg (TUHH) und Prof. Grivet-Talocia am Politecnico di Torino (POLITO) wird vorgeschlagen, eine neuartige, hybride Simulationstechnik zu entwickeln, die diesem Bedarf entgegenkommt. Die Technik wird die auf Integralgleichungen fußende Momentenmethode (MoM) für die Charakterisierung des linearen Anteils des Problems (d.h. die metallischen Strukturen und Oberflächen) verwenden und für die Behandlung des gesamten Sytems einschließlich der nichtlinearen Lasten eine Kombination aus Model Order Reduction (MOR) und Waveform Relaxation (WR). Die Herausforderung an die Forschung liegt hierbei in der geeigneten Kombination und Abstimmung dieser wohlbekannten Methoden (MoM, MOR, WR), um den Anforderungen an Genauigkeit, Stabilität und Effizienz der numerischen Simulation von vielfach nichtlinear beschalteten (d.h. 1000 und mehr nichtlineare Lasten), elektrisch großer Strukturen und Oberflächen Genüge leisten zu können.The proposed project aims to contribute scientifically at the intersection of three different research areas: (1) the physics of electromagnetic field interaction with nonlinearly loaded, electrically large structures and surfaces, (2) novel engineering applications for such structures and surfaces, and (3) efficient and stable numerical modeling and simulation of such structures and surfaces. The massive loading of metallic structures, i.e. the connection of several hundreds of nonlinear loads over an electrically large area, has been of high interest in the recent past and poses new challenges and opportunities for fundamental research. Examples and applications that are foreseen or already looked at for these kind of structures and surfaces include energy-selective shielding, waveform-dependent absorption, self-focusing of surface waves, RF limiters, subwavelength imaging, nonlinear radar and switching, and time-domain windowing among others. Due to this high interest it is very likely that there will be an increasing demand for efficient and validated numerical methods for design and optimization of nonlinearly loaded structures and surfaces in the near future. Based on previous work of the groups of Prof. Schuster at Hamburg University of Technology (TUHH) and the group of Prof. Grivet-Talocia at Politecnico di Torino (POLITO) it is proposed to generate a novel hybrid simulation technique addressing this need. The technique will use the integral equation based Method of Moments (MoM) for characterization of the linear part (i.e. the metallic structures and surfaces) of the problem and a combination of Model Order Reduction (MOR) and Waveform Relaxation (WR) for dealing with the complete system including many nonlinear loads. The research challenge lies in the suitable combination and adaption of these well-known methods (MoM, MOR, WR) for meeting the demands on accuracy, stability, and efficiency of the numerical simulation of massively nonlinearly loaded (i.e. 1000 and more nonlinear loads), electrically large structures and surfaces.