Erweiterte EMV Analyse durch parallelisierte MLFMM und durch Kopplung mit Netzwerktheorie

Inhalt:
In den vergangenen Jahren wurde zur numerischen Analyse elektrisch großer EMV Probleme die MLFMM (multilevel fast multipole method) erfolgreich eingesetzt. Dieses Verfahren eignet sich nicht nur zur Simulation zahlreicher elektrisch großer metallischer Probleme aus dem EMV Bereich (z. B. Fahrzeuge, Flugzeuge bei hohen Frequenzen), sondern auch dielektrische Strukturen (wie etwa aus dem Bereich der EMV-U) lassen sich damit behandeln. Die MLFMM reduziert gegenüber klassischen Ansätzen (wie MoM, FDTD oder FEM) den Rechenaufwand – sowohl Rechenzeit als auch Speicherplatzbedarf – um Größenordnungen. Allerdings ist bei Strukturen mit mehreren Millionen Unbekannten der Aufwand dennoch hoch, so dass sich der Einsatz von parallelen Rechnerstrukturen (Cluster, Mehrprozessorsysteme, moderne multicore CPUs) als sehr vorteilhaft erweist. In diesem Beitrag werden im Abschnitt 2. die Schwierigkeiten der Parallelisierung der MLFMM für Systeme mit verteiltem Speicher beschrieben (insbesondere die iterative Lösung mit den Phasen der Aggregation, Translation und Disaggregation sowie die parallele Vorkonditionierung). Lösungen werden aufgezeigt, wie eine effiziente Parallelisierung erreicht werden kann. Dies wird anhand von praktischen EMV Beispielen mit mehreren Millionen Unbekannten auch eindrucksvoll gezeigt (parallele Effizienzen in der Größenordnung von 90 %). Neben diesem Einsatz von Vollwellenanalysen (schnelle Verfahren und effizient parallelisiert wie oben geschildert) wird im Abschnitt 3. noch eine zweite Methode vorgestellt, die es erlaubt, gewisse EMV Probleme in Teilkomponenten zu zerlegen, diese separat zu analysieren und mit Hilfe der Netzwerktheorie dann zu einem Gesamtsystem wieder zusammenzufügen. Durch dieses Vorgehen kann eine erhebliche Einsparung von Rechenzeit erfolgen und darüber hinaus ist eine direkte Verkopplung der EMV auf reiner Schaltungsebene mit elektromagnetischen Wirkungen (Abstrahlung, Einkopplung, Schirmung etc.) möglich.