Description du projet
Des méthodes mathématiques avancées pour la modélisation de systèmes térahertz complexes
Les systèmes et les technologies devenant de plus en plus complexes, les modèles indispensables à leur conception et à leur développement doivent concilier la nécessité de rendre compte de cette complexité à un coût de calcul acceptable. La gamme de fréquences térahertz (THz) du spectre électromagnétique, qui constitue peut-être la dernière frontière, fait entrer les ingénieurs dans de nouveaux domaines de comportements hautement non linéaires et fortement rayonnants. La modélisation efficace et précise de ces comportements nécessite l’application de ce que l’on appelle méthodes d’éléments de frontière dans le domaine temporel (TD-BEM pour «time-domain boundary element methods»), qui ne sont actuellement pas aussi matures que d’autres approches. Le projet BET3D, financé par l’UE, accélère le développement des TD-BEM pour soutenir une nouvelle génération de technologies THz avec des applications dans des domaines clés tels que la médecine, la sécurité et l’énergie.
Objectif
Modelling almost entirely replaced prototyping as a design methodology. In electromagnetics and optics, it has played a central role in the rapid development of communication and imaging, with applications in medicine, security, and energy. New technological requirements have always been met by breakthroughs in modelling.
Advances in THz technology have driven researchers to consider systems that are highly non-linear and strongly radiating. Modelling these systems requires methods that are based on time-stepping, and that can accurately describe unbounded regions. These requirements can only be met by time-domain boundary element methods (TD-BEMs). The use of other methods such as the finite element method, the method of moments, or the finite difference time-domain method – if at all applicable – results in unacceptable computational costs, and large errors in dispersion and radiation characteristics.
Unfortunately, TD-BEMs are not nearly as mature as other methods. They lack the ability to model all but the simplest systems. Attempts to use TD-BEMs to model realistic devices containing multiple materials, ports, coatings, or two-dimensional materials like graphene lead to instabilities, rendering the result of simulations completely useless. This state of affairs has persisted for over 50 years but has become an urgent problem now.
BET3D will aggressively accelerate the development of the time-domain boundary element method into a method that can model highly non-linear, strongly radiating systems and that unlocks the capability to model emerging technologies in THz communications and imaging, and beyond.
As part of the benchmarking and validation for this project, we will model the generation of THz radiation by an array of graphene resonant tunnelling diode oscillators, including feeds, ports, packaging, and antenna structure. Results of BET3D will enable modelling of non-linear, radiating systems, also in acoustics, elastodynamics, and fluid dynamics.
Champ scientifique (EuroSciVoc)
CORDIS classe les projets avec EuroSciVoc, une taxonomie multilingue des domaines scientifiques, grâce à un processus semi-automatique basé sur des techniques TLN. Voir: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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Programme(s)
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9000 Gent
Belgique