Verfahren der Ordnungsreduktion zur Charakterisierung passiver Mikrowellenstrukturen im Frequenz- und Zeitbereich auf Basis der Finite-Elemente-Methode

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung von Verfahren zur effizienten und zuverlässigen Charakterisierung passiver Mikrowellenstrukturen mit linearem Mate- rialverhalten auf der Basis elektromagnetischer Felder. Die Anregung der Struktu- ren erfolgt mittels axial homogener Wellenleiter, deren Eigenmoden die Ein- bzw. Ausgänge definieren. Die Grundlage der Charakterisierung bildet die Methode der finiten Elemente (FE) im Frequenzbereich, die sowohl zur Analyse der Wellenleiter als auch zur Simulation der Mikrowellenstruktur zum Einsatz kommt. Die Anwen- dung von Verfahren der Modellordnungsreduktion (MOR) auf die FE-Systeme führt zu einer signifikante Reduktion der benötigten Rechenzeit. Die Hauptbeiträge sind eine neue FE-Formulierung zur modalen Analyse von Wel- lenleiter sowie eine neue FE-Formulierung zur Simulation der Mikrowellenstruktu- ren. Weiterhin wird ein MOR-Verfahren entwickelt, das die Behandlung von Struktu- ren erlaubt, die durch Wellenleiter mit frequenzabhängigen Modenformen angeregt werden. Um die gemeinsame Simulation linearer und nichtlinearer Teilsysteme zu ermöglichen, wird ein neuartiges Verfahren zur Transformation der Modelle aus dem Frequenzbereich in den Zeitbereich vorgeschlagen. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Berücksichtigung von frequenzabhängigen Materialeigenschaften.