XIII. German FEKO User Meeting

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1 HOME PRODUKTE DIENSTLEISTUNGEN VERANSTALTUNGEN KONTAKT ÜBER UNS XIII. German FEKO User Meeting [This page is available only in German, since the meeting will be held in German and addresses German FEKO users only.] [Cette page n'est disponible qu'en allemand: cette réunion s'adresse exclusivement aux utilisateurs allemands de FEKO et se fera en allemand.] Dieses bereits zum 13. Mal in Folge stattfindende Treffen richtet sich an FEKO-Nutzer (sowohl erfahrene langjährige Anwender als auch Neueinsteiger), wozu wir Sie herzlich einladen möchten. Zweck der Veranstaltung ist ein Erfahrungsaustausch und eine Diskussion, aber auch die Information über Neuerungen in FEKO sowie das Einbringen von Vorschlägen und Wünschen bezüglich der zukünftigen Weiterentwicklung von FEKO. Rahmendaten Datum und Uhrzeit Dienstag, 8. November 211, 9:3 Uhr bis ca. 16: Uhr. Ort und Anreise Die Veranstaltung findet im Commundo Tagungshotel Stuttgart in Stuttgart-Vaihingen statt: Commundo Tagungshotel Stuttgart Stuttgart-Vaihingen Universitätsstraße 34 D-7569 Stuttgart Tel.: Fax.: Stuttgart@commundo-tagungshotels.de WWW: Wegbeschreibungen für eine Anreise mit dem Auto oder öffentlichen Verkehrsmitteln finden Sie hier. Hotelbuchung Der Beginn des Treffens ist für 9:3 Uhr angesetzt, um einem Großteil der Teilnehmer die direkte Anreise morgens zu ermöglichen. Sollten Sie eine Übernachtung benötigen, so empfehlen wir Ihnen entweder direkt im Tagungshotel (vgl. oben) zu buchen oder auch in folgendem Hotel in der Nähe zum Veranstaltungsort (ca. 2,5 km; neben S-Bahn Haltestelle "Vaihingen"): Pullman Stuttgart Fontana Vollmoellerstr. 5, 7563 Stuttgart-Vaihingen Tel.: , Fax.: WWW Zahlreiche weitere Hotels in Stuttgart-Vaihingen finden Sie auch z.b. über Teilnahmegebühr Die Teilnahme an der Veranstaltung ist für Kunden mit einem gültigen FEKO-Wartungsvertrag (1 Jahr im Kaufpreis neuer Lizenzen inbegriffen) kostenfrei. Für alle anderen Teilnehmer wird ein Unkostenbeitrag in Höhe von 3,- EUR zzgl. MwSt. erhoben, für Teilnehmer akademischer Institutionen 125,- EUR zzgl. MwSt. Pausengetränke und Mittagessen sind in der Teilnahmegebühr enthalten. Anmeldung Um planen zu können, ist eine verbindliche Anmeldung per an 211 erforderlich. oder per Fax an bis zum Donnerstag 13. Oktober Kontakt Für weitere Informationen oder bei Rückfragen wenden Sie sich bitte an Frau Julia Thompson und Frau Alexandra Carcreff, , Fax , Tel. Programm Das geplante Programm der Veranstaltung ist wie folgt: 9:3 Eintreffen der Teilnehmer, Kaffeepause am Vormittag 9:45 Begrüßung 9:5-12: Vorträge aus dem Anwenderkreis R. Ehrhard, Daimler AG / Dr. P. Hahne, Ingenieurbüro Dr. Hahne: EMV-Simulation des Hybridfahrzeugs A. Ioffe, Delphi Deutschland GmbH: Untersuchung des Wirkungsgrades von Antennen unter Verwendung von FEKO D. Wolfrum, BMW Group: Kabelsimulation in FEKO I. Stockem, Universität Duisburg-Essen: mit FEKO Dr. C. Mäurer, EM Software & Systems GmbH: Numerische Berechnung in der Fahrzeugentwicklung: Fortschritte und Trends 12: - 13:15 Mittagspause 13:15-15: Vortrag von EM Software & Systems Dr. U. Jakobus: Vorstellung der FEKO-Neuerungen in FEKO Suite von :49

2 15: - 15:15 Kaffeepause 15:15 - ca.16: Dr. U. Jakobus: Ausblick auf zukünftige FEKO-Erweiterungen Allgemeine Diskussion, Erweiterungswünsche aus Anwendersicht Ende ca. 16: (c) EM Software & Systems GmbH Impressum Haftungsausschluss ^ Seitenanfang 2 von :49

3 XIII. German FEKO User Meeting, Nov. 8, 211, Stuttgart, Germany mit FEKO Irina Stockem, Andreas Rennings, Daniel Erni Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik (ATE), Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Universität Duisburg-Essen, 4748 Duisburg Übersicht Irina Stockem mit Feko 2 / 23

4 Übersicht Irina Stockem mit Feko 3 / 23 Magnetisches Moment Abbildung: Spin eines Protons Irina Stockem mit Feko 4 / 23

5 Magnetisches Moment H Abbildung: Spin eines Protons Abbildung: Präzession des Protons um ein konstantes Magnetfeld H Irina Stockem mit Feko 4 / 23 Abstrahlung der Energie H RF H Abbildung: Änderung der Präzession führt zur Transversalmagnetisierung Nach Abschalten des HF-Feldes: Transversalmagnetisierung sinkt Longitudinalmagnetisierung steigt Phasenänderung der Präzession Energie wird abgestrahlt Irina Stockem mit Feko 5 / 23

6 Anforderungen und Probleme bei der Hochfeld-MRT Hohes Magnetfeld führt zu hohem SNR, aber: Höhere Frequenzen des RF-Felds für die Transversalmagnetisierung erzeugen Inhomogenitäten (z.b. Auftreten von Central Brightning) Höhere Energie darf nicht zu hohem elektr. Feld führen, SAR muss niedrig sein Lösung: Auffinden geeigneter Feldverteilungen mittels charakteristischer Moden und deren Anregung Irina Stockem mit Feko 6 / 23 Was sind charakteristische Moden? = K 1 + K 2 + K Irina Stockem mit Feko 7 / 23

7 Was sind charakteristische Moden? Eigenfelder und Ströme eines Körpers Anregungsunabhängig Frequenz- und Materialabhängig Ermöglicht modale Darstellung des Gesamtfeldes Irina Stockem mit Feko 8 / 23 Übersicht Irina Stockem mit Feko 9 / 23

8 Berechung der Moden bei metallischen Körpern Auf der Oberfläche gilt E s tan E i tan = (1) Als Operatorgleichung: Z(J) E i = (2) Generelles Eigenwertproblem um die Eigenströme zu bestimmen: I(Z)(J n )=λr(z)(j n ) (3) Irina Stockem mit Feko 1 / 23 Numerische Darstellung / MoM Mit Hilfe der MoM werden charakteristische Moden berechnet: I j ersetzen J n als unbekannte Größen. J n = j I j W j (4) Z ist die generelle, symmetrische Impedanzmatrix die mit einem MoM-Sover ermittelt werden kann Als generelles Eigenwertproblem für I j ergibt sich: [X][I] n = λ n [R][I] n (5) Irina Stockem mit Feko 11 / 23

9 Warum Feko? Verwendet Momentenmethode Symmetriesche Impedanzmatrix aufgrund des Galerkin-Verfahrens Metallische und verlustbehaftete Dielektrika in Simulation möglich Auslesen der Impedanzmatrix und der Koeffzienten I j Berechnung der Felder über Manipulation der Koeffizienten der Ströme möglich Irina Stockem mit Feko 12 / 23 Ablauf der Berechnung mit Feko Geometrie mit ebener Welle als Anregung erstellen Einstellung beachten:.str und.mat schreiben Auslesen der.mat-datei (Impedanzmatrix) Eigenvektoren bestimmen (Koeff. der Eigenströme) Ersetzen der Koeffizienten in der.str-datei Neue Simulation in Feko mit ersetzten Dateien (Einstellung beachten: Einlesen der.str Datei) Irina Stockem mit Feko 13 / 23

10 Beispiel eines metallischen Körpers y x Elektrische Stromdichte in A m 2 y x Elektrische Stromdichte in A m 2 (a) Eigenstrom bei λ = (b) Eigenstrom bei λ = y x Elektrische Stromdichte in A m 2 (c) Eigenstrom bei λ = 2263 Irina Stockem mit Feko 14 / 23 Berechung der Moden bei dielektrischen Körpern Außenraum Innenraum ɛ μ ɛ R μ R ɛ μ E int 1 = E int 2 ɛ R M 2 M 1 H int μ R 1 = H int 2 J 2 J 1 E ext 1 E ext 2 = n n H ext 1 H ext 2 = Irina Stockem mit Feko 15 / 23

11 Gleichungsystem und Impedanzmatrix Allgemein gilt: Im Fall 1: E tot = E s + E i (6) E ext = jωa 1 Φ e 1 1 ɛ F 1 + E i (7) H ext = jωf 1 Φ m μ A 1 + H i (8) Im Fall 2: E int = jωa 2 φ e 2 1 ɛ F 2 (9) H int = jωf 2 φ m μ A 2 (1) Irina Stockem mit Feko 16 / 23 Gleichungsystem und Impedanzmatrix Im Fall 1: [ L e 1 C 1 C 1 L m 1 Im Fall 2: [ L e 2 C 2 C 2 L m 2 ][ J1 M 1 ][ J2 M 2 ] = ] = [ ] E ext s H ext s [ ] E int 2 H int 2 (6) (7) Irina Stockem mit Feko 16 / 23

12 Tangentiale Felder Für die tangentialen Felder auf dem Rand gilt: [E ext s + E i E int ] tan = (8) [H ext s + H i H int ] tan = (9) Für die Oberflächenströme ergibt sich: [ ][ ] [ ] L e C J2 E i C L m = H i M 2 tan tan (1) Irina Stockem mit Feko 17 / 23 Tangentiale Felder Für die tangentialen Felder auf dem Rand gilt: [E ext s + E i E int ] tan = (8) [H ext s + H i H int ] tan = (9) Für die Oberflächenströme ergibt sich(nach dem Symmetrisieren): [ ][ ] [ ] L e jc J2 E i jc L m = jm 2 jh i tan tan (1) wobei z.b. L m = L m 1 + L m 2 Irina Stockem mit Feko 17 / 23

13 Ablauf der Berechnung mit Feko Geometrie mit ebener Welle als Anregung erstellen Einstellung beachten:.str und.mat schreiben Auslesen der.mat-datei (Impedanzmatrix) Symmetriesieren der Impedanzmatrix Eigenvektoren bestimmen (Koeff. der Eigenströme) Phasenverschiebung der mag. Ströme Ersetzen der Koeffzienten in der.str-datei Neue Simulation mit Feko mit ersetzten Dateien (Einstellung beachten: Einlesen der.str Datei) Irina Stockem mit Feko 18 / y A m y x x (e) Magnetischer Strom z y z Magnetische Feldstärke in ma m (d) Elektrischer Strom (f) Magnetisches Feld Irina Stockem y x V m z Magnetische Stromdichte in Elektrische Feldstärke in.6 z 3 Elektrische Stromdichte in 3 x 1.8 V m2 Beispiel anhand eines Ellipsoiden x (g) Elektrisches Feld mit Feko 19 / 23

14 Übersicht Irina Stockem mit Feko 2 / 23 Antennen zur Anregung Magnetischer Strom Elektrisches Feld Dipolantenne Elektrischer Strom Magnetisches Feld Loop-Antenne (h) Dipol-Antenne (i) Loop-Antenne Irina Stockem mit Feko 21 / 23

15 Beispiel anhand des Ellipsoiden (j) Elektrischer Strom (k) Magnetischer Strom (l) Magnetisches Feld (m) Elektrisches Feld Irina Stockem mit Feko 22 / 23 Problem: MRT mit hoher Magnetfeldstärke benötigt höhere Frequenzen des RF-Feldes Inhomogenitäten Lösung: Berechnung der charakertischen Moden und, deren Magnetfeld homogen ist Umsetzung: Gelingt mit Feko und einem Werkzeug zur Lösung des generellen Eigenwertproblems Ausblick: Auffinden geeigenter Moden für noch höhere MRT (z.b. 7 Tesla), Optmierung der Anregung und Simulation von stückweise inhomogenen Modellen Irina Stockem mit Feko 23 / 23