2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16810Seit den 1970er Jahren, als der Ausgangspunkt eine mit einer Diode beladene Eindrahtantenne war, ist die Simulation von elektrischen/elektromagnetischen Strukturen mit nichtlinearen Abschlüssen ein wichtiges Forschungsthema in der Wissenschaft. Beispiele sind aktive Antennen, Gitterverstärker, Verstärker mit Abschirmstrukturen, On-Chip-Verbindungen mit nichtlinearen Abschlüssen, mehrstufige Verstärker und PCB-Entkopplungsprobleme. Der allgemeine Trend über die Jahre zeigt dynamische Systeme zunehmender Größe, die massiv mit NL-Komponenten belastet sind. Ziel dieses Projektes ist die Verbesserung des Standes der Technik in der numerischen Simulation großer elektrischer/elektromagnetischer Strukturen, die massiv mit NL-Komponenten/-Abschlüssen belastet sind. Beispiele sind Meta-Surfaces für nichtlineare Abschirmung oder Power Delivery Networks auf Leiterplatten (PCBs). Die Kombination aus verteilten, elektrisch großen Strukturen mit nichtlinearen Abschlüssen macht das numerische Simulationsproblem extrem anspruchsvoll. Unsere Hauptbemühungen konzentrieren sich auf Mixed circuit-/Feldsimulationsmethoden, mit besonderem Bezug auf Ansätze, die auf Modellordnungsreduktion (Makromodellierung) basieren: Verbessern der Generierung kompakter, passiver und zuverlässiger Makromodelle für große Komponenten mit Hunderten von Ports, die aus Streuparametern gewonnen werden und Systematische Extraktion und Einbeziehung von reduzierten Modellen für die nichtlinearen Abschlüsse in einer Simulationsumgebung, wenn die Anzahl der NL-Lasten sehr groß wird. Seit 2018 arbeiten die Gruppen von TUHH und POLITO im von der DFG geförderten Projekt „Hybrid Simulation of Electromagnetic Field Interaction with Metallic Structures Showing Massive Nonlinear Loading“ zusammen. Die laufende Zusammenarbeit zielt darauf ab, den Stand der Technik in der Simulation von Feldwechselwirkungen mit nichtlinear geladener Struktur mit Fokus auf Meta-Oberflächen (mit Dioden verbundene metallische Gitter) voranzutreiben.Since the 1970s, when the starting point was a single wire antenna loaded with a diode, the simulation of electrical/electromagnetic structures with nonlinear terminations is major topic of interest in the academia. Examples are active antennas, grid amplifiers, amplifier with shielding structures, on-chip interconnects with NL terminations, multistage amplifiers, and PCB decoupling problems. The general trend over the years shows dynamical systems of increasing size, massively loaded with NL components. The aim of this project is improving the state-of-the-art in numerical simulation of large electrical/electromagnetic structures massively loaded with NL components/terminations. Examples are meta-surfaces for nonlinear shielding, or power delivery networks in Printed Circuit Boards (PCBs). The interplay between distributed (electrically large) nature and presence of NL terminations make the numerical simulation problem (to be cast in time-domain) extremely challenging. Our main effort will be dedicated to address two major limitations of state-of-the-art mixed circuit/field simulation methods, with specific reference to approaches based on model-order-reduction (macromodeling): Improve and streamline generation of compact, passive and reliable macromodels for large-scale components, with hundreds of ports, obtained from tabular frequency responses Systematic extraction and inclusion of reduced-order models also for the nonlinear terminations in a dedicated simulation environment, when the number of NL loads becomes very large Since 2018, the groups of TUHH and POLITO have been working together at the project “Hybrid Simulation of Electromagnetic Field Interaction with Metallic Structures Showing Massive Nonlinear Loading”, supported by DFG. The ongoing collaboration is aimed to advance the state-of-the-art in the simulation of field interactions with nonlinear loaded structure, with a focus on meta-surfaces (metallic grids connected with diodes). The project involves a Ph.D. student from TUHH, M.Sc. T. Wendt, with special care to the interface between the home-made MoM solver provided by TUHH and the macromodeling generation part.