Fast and efficient solutions of multiscale electromagnetic problems
Çok ölcekli elektromanyetik problemlerin hızlı ve verimli çözümü
- Tez No: 649306
- Danışmanlar: PROF. DR. VAKUR BEHÇET ERTÜRK, DOÇ. DR. ÖZGÜR SALİH ERGÜL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 148
Özet
Frekans bolgesindeki yuzey integral denklemleriyle (YID) beraber kullanılan momentler metodu (MM) ve/veya bunun hızlandırılmıs surumu olan cok seviyeli hızlı cokkutup yontemi (CSHCY), mukemmel elektrik iletkenleri de dahil olmak uzere elektromanyetik problemlerin cozumunde genellikle en umut verici seceneklerdir. Fakat, elektrik alan integral denklemi (EAID) (en populer YID'lerden biri), iyi bilinen dusuk frekans bozulması problemine karsı hassas oldugundan dusuk frekanslarda ve/veya yogun ayrıklastırmalarda kullanımı kısıtlanmaktadır. Manyetik alan integral denklemleri (MAID) dusuk frekans bozulmasından daha az etkilenmesine ragmen, daha az isabetli olmasından ve sadece kapalı yuzeylere uygulanabilirliginden dolayı genellikle elestirilmektedir. Buna ek olarak, elektriksel boyutu yuksek ve cok sayıda bilinmeyen iceren problemlerin cozumundeki hesaplama karmasıklıgını hem hafıza hem de zaman icin azaltan geleneksel CSHCY, kucuk parcalardan olusan geometrilere uygulandıgında dusuk frekans bozulmasından etkilenmektedir. Onerilen karma CSHCY'ye, son donemlerde tanıtılan ve dusuk frekans bozulmaları yaratmayan potansiyel integral denklemleri (PID) dahil edilerek mukemmel elektrik iletkeni yuzeyler icin genis frekans aralıgında elektromanyetik sacılım/yayınım problemlerini analiz etmek icin kullanılan verimli ve isabetli genis bantlı cozucu elde edilmistir. Karma CSHCY, orta ve yuksek frekanslarda geleneksel CSHCY kullanırken, dusuk frekanslarda (baska bir deyisle elektriksel olarak kucuk kutularda) yonsuz sabit duzlem dalgası CSHCY (YSDDCSHCY) kullanmaktadır. Onerilen algoritmanın hem acık hem de kapalı yuzeylerde uygulanabilecek kadar isabetli oldugu gosterilmistir. Buna ek olarak, tamamlanmamıs agac yapısı, karma CSHCY ile birlestirilerek cok olcekli sacılım/yayınım problemlerinin PID kullanılarak hızlı ve isabetli cozumu icin ozgun genis bantlı tamamlanmamıs yaprak (TY) CSHCY (TY-CSHCY) elde edebilmistir. Onerilen yontem, yapısında kucuk detaylar iceren olcekli elektromanyetik problemlerle basa cıkabilecek kapasiteye sahiptir. Bu algoritma populasyona dayanmaktadır ve duzensiz kumeleme uygulamaktadır. Duzensiz kumeleme, derin seviyelerin guvenli ve gerektiginde isabetlilikten odun vermeden kullanımını sagladıgı icin hata kontrol edilebilirdir. Sonuc olarak, onerilen PID _ icin TY-CSHCY kullanılarak (i) verim iyilestirilmistir ve (ii) hafıza ihtiyacı, isabetlilik belirli bir duzeyde tutularak onemli olcude dusurulmustur.
Özet (Çeviri)
Frequency-domain surface integral equations (SIEs) used together with the method of moments (MoM), and/or its accelerated versions, such as the multilevel fast multipole algorithm (MLFMA), are usually the most promising choices in solving electromagnetic problems including perfect electric conductors (PEC). However, the electric-field integral equation (EFIE) (as one of the most popular SIEs) is susceptible to the well-known low-frequency (LF) breakdown problem, which prohibits its use at low frequencies and/or dense discretizations. Although the magnetic-field integral equation (MFIE) is less affected from the LF-breakdown, it is usually criticized for being less accurate, and being applicable only to closed surfaces. In addition, the conventional MLFMA which enables the solution of electrically large problems with an extremely large number of unknowns by reducing the computational complexity for memory requirements and CPU time suffers from the LF breakdown when applied to the geometries with electrically small features. We proposed a mixed-form MLFMA and incorporated it with the recently introduced potential integral equations (PIEs), which are immune to the LF-breakdown problem, to obtain an efficient and accurate broadband solver to analyze electromagnetic scattering/radiation problems from PEC surfaces over a wide frequency range. The mixed-form MLFMA uses the conventional MLFMA at middle/high frequencies and the nondirective stable plane wave MLFMA (NSPWMLFMA) at low frequencies (i.e., electrically small boxes). We demonstrated that the proposed algorithm is accurate enough to be applied for both open and closed surfaces. In addition, we modified and utilized incomplete tree structures in conjunction with the mixed form MLFMA to have a novel broadband incomplete-leaf (IL) MLFMA (IL-MLFMA) for the fast and accurate solution of multiscale scattering/radiation problems using PIEs. The proposed method is capable of handling multiscale electromagnetic problems containing fine geometrical details in their structures. The algorithm is population based and deploys a nonuniform clustering that enables to use deep levels safely and, when necessary, without compromising the accuracy, and hence the error is controllable. As a result, by using the proposed IL-MLFMA for PIEs (i) the efficiency is improved and (ii) the memory requirements are significantly reduced (order of magnitude) while the accuracy is maintained.
Benzer Tezler
- Implementation of a broadband multilevel fast multipole algorithm for multiscale electromagnetics problems
Geniş bantlı çok-seviyeli hızlı çokkutup yönteminin çok-ölçekli elektromanyetik problemler için gerçekleştirilmesi
MANOUCHEHR TAKRIMI
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VAKUR BEHÇET ERTÜRK
DOÇ. DR. ÖZGÜR SALİH ERGÜL
- Uyarlamalı süzgeçler
Adaptive filters
RIDVAN AYSEL
Yüksek Lisans
Türkçe
1994
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. AHMET H. KAYRAN
- Rekürsif en küçük kare kafes filtreleri
Recursive least squares lattice filters
SADIK ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1992
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. AHMET H. KAYRAN
- Yaratıcılık, yaratıcı düşünme teknikleri ve yaratıcı düşünme teknikleri üzerine bir uygulama
Creativity, creative thinking techniques and an application on creative thinking techniques
BETÜL ÇAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEZİ ÇEVİK ONAR
- Accurate and efficient solutions of electromagnetics problems with the multilevel fast multipole algorithm
Elektromanyetik problemlerin çok seviyeli hızlı çokkutup yöntemiyle doğru ve verimli çözümleri
ÖZGÜR SALİH ERGÜL
Doktora
İngilizce
2009
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. LEVENT GÜREL