Diakoptic Approach to Modeling and Design of Complex Electromagnetic Systems

复杂电磁系统建模和设计的透光方法

基本信息

  • 批准号:
    1002385
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-05-01 至 2016-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The objective of this research is the development and application of a higher order diakoptic method for modeling and design of complex electromagnetic systems. The approach is to break a large system into a number of subsystems of arbitrary shapes, solve the individual subsystems independently using well established techniques such as finite-element and moment methods, and obtain linear relations between the coefficients of equivalent current expansions over the boundary surfaces of the subsystems (diakoptic coefficients), which yield the solution to the original problem. Intellectual Merit: The diakoptic approach provides a general and efficient way to solve a large problem as a linear combination of independent solutions of component problems. In addition to a significant reduction of the computational burden, this approach will allow reducing an unsolvable problem to solvable ones. As a unique feature, component problems will be characterized by their Norton-theorem-like equivalent representations (in the form of diakoptic coefficients). Applications include emerging electromagnetic materials and antenna arrays.Broader Impacts: The diakoptic approach will provide the engineering community with a general method for solving the most challenging electromagnetic-field problems in a fashion typical for circuit-theory solutions, but with the rigor of Maxwell's equations. It has the long-term potential to transform the way modeling and design of electromagnetic systems is done. Several educational initiatives, fully integrated with the research, include a course around the diakoptic approach and MATLAB exercises for students, outreach, and efforts to further enhance strong participation of underrepresented students in the PI's group.
本研究的目的是开发和应用用于复杂电磁系统建模和设计的高阶透光方法。该方法是将一个大系统分解为多个任意形状的子系统,使用有限元和矩法等成熟技术独立求解各个子系统,并获得边界表面上等效电流膨胀系数之间的线性关系子系统(透光系数),产生原始问题的解决方案。智力优点:diakoptic 方法提供了一种通用且有效的方法来解决大问题,将其作为组件问题的独立解决方案的线性组合。除了显着减少计算负担之外,这种方法还可以将无法解决的问题减少为可解决的问题。作为一个独特的特征,组件问题将通过其类似诺顿定理的等效表示(以透光系数的形式)来表征。应用包括新兴的电磁材料和天线阵列。更广泛的影响:透光方法将为工程界提供一种通用方法,以电路理论解决方案的典型方式解决最具挑战性的电磁场问题,但具有麦克斯韦方程组的严格性。它具有改变电磁系统建模和设计方式的长期潜力。多项与研究完全结合的教育举措包括针对学生的透光方法和 MATLAB 练习的课程、外展活动以及进一步增强 PI 小组中代表性不足的学生的积极参与的努力。

项目成果

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