Thomas Rylander vid Chalmers har tagit fram vÀrldens första stabila
FEM-FDTD hybridmetod för elektromagnetiska problem, vilken han nu
presenterar i sin doktorsavhandling. Redan Ă„r 2000 publicerades metoden,
som idag anvÀnds dagligen av svenska företag och universitet. Intresset
Àr stort Àven internationellt och den anvÀnds i sÄ kallade virtuella
laboratorier i Europa, USA och Japan.
Utveckling av elektromagnetisk apparatur, sÄsom antenner och
mikrovÄgskretsar, Àr idag ofta en mycket tidskrÀvande och kostsam
process. För att förbÀttra och effektivisera utvecklingsarbetet bygger
industri och universitet över hela vÀrlden upp virtuella laboratorier.
DÀr anvÀnds högpresterande datorberÀkningar för att testa, konstruera
och optimera framtidens teknologi.
En grundförutsÀttning för att detta ska vara genomförbart Àr algoritmer
och program av god kvalitet, vilka presterar pÄlitliga och anvÀndbara
resultat. MÄlet Àr att pÄ bÀsta sÀtt ge datorerna instruktioner för att
berÀkna hur till exempel elektrisk laddning rör sig pÄ en antenn dÄ den
sÀnder ut radiovÄgor.
Thomas Rylander har i flera internationella sammanhang presenterat olika
tillÀmpningar av sin hybridmetod: analys och optimering av antenner och
delar av mikrovÄgskretsar, samt berÀkningar för elektromagnetiska
spridningsproblem. Resultaten och utvÀrderingar av hybridmetodens
noggrannhet och effektivitet presenteras i den aktuella avhandlingen.
– Hybridmetoden Ă€r sĂ„ pass generell i sitt utförande att man Ă€ven kan
anvÀnda den för berÀkningar inom till exempel akustik, sÀger Thomas
Rylander.
Metoden Àr en stabil sÄ kallad FEM-FDTD hybridmetod. Den kombinerar tvÄ
vÀlkÀnda metoder, finita element metoden (FEM) respektive
finita-differens tids-domÀn (FDTD) algoritmen, för att uppnÄ en bÄde
effektiv och noggrann datorberÀkning. Hybridmetoden anvÀnder den
effektiva FDTD-algoritmen i stora homogena omrÄden, till exempel i
luften kring en antenn. I sitt grundutförande kan FDTD-algoritmen inte
modellera krökta objekt av till exempel metall pÄ ett noggrant sÀtt.
Hybridmetoden löser detta genom att utnyttja finita element metoden i
ett tunt lager i nÀrheten av strukturer med komplicerad geometri. DÀrmed
erhÄlls ett verktyg som förenar den noggranna finita element metoden i
ett litet omrÄde intill komplicerade objekt, med den effektiva
FDTD-algoritmen, för stora homogena omrÄden.
Under tiotalet Ă„r har internationella forskargrupper arbetat med att
konstruera hybridmetoder mellan finita element metoden och
FDTD-algoritmen utan att lyckas fÄ tillrÀckligt bra resultat. Den nya
hybridmetoden garanterar att viktiga fysikaliska egenskaper bevaras, som
till exempel symmetrin i Maxwell’s ekvationer vilka beskriver
elektromagnetiska fenomen. Garantier av denna typ Àr ofta helt avgörande
för att resultaten frÄn ett virtuellt laboratorium ska vara pÄlitliga
och, i vissa fall, överhuvudtaget anvÀndbara.
Avhandlingen ”Stable FEM-FDTD hybrid method for Maxwell’s equations”
försvarades vid en offentlig disputation den 31 maj.
