Lehrangebot
Das Fachgebiet Theoretische Elektrotechnik (TET) bietet mehrere Kurse im Bereich der theoretischen Grundlagen der Elektrotechnik und der numerischer Simulation an. Fortgeschrittene Kurse geben einen Einblick in die elektromagnetische Feldsimulation sowie in photonische Systeme.
Die Kurse können innerhalb unterschiedlicher Studiengänge studiert werden (vor allem Elektrotechnik, Electrical Systems Engineering, Technomathematik, Wing-ET und Optoelectronics&Photonics). Bitte erkundigen Sie sich im Modulhandbuch und im Campusmanagementsystem PAUL an welchen Kursen Sie teilnehmen können.
| Im Bachelor: | |||
|---|---|---|---|
| Name | Sprache | Form | wann |
| elektromagnetische Feldtheorie (umbenannt ab 2026) | de | 2V+2Ü | SoSe (bis 2026), WS (ab 2026) |
| Elektromagnetische Wellen (auslaufend, zuletzt WS 2026/2027) | de | 2V+2Ü | jedes WS |
| Numerische Verfahren für Ingenieure | de | 2V+2Ü | unregelmäßig |
| Bachelorarbeiten | de | jedes Semester | |
| Im Master: | |||
|---|---|---|---|
| Name | Sprache | Form | wann |
| Theoretische Elektrotechnik (ausgelaufen, integriert in EMWW) | de | 2V+2Ü | - |
| Elektromagnetische Wellen und Wellenleiter (seit WS 2024/2025) | de/en | 2V+2Ü+2P | WS (de), SoSe (en) |
| Ausgewählte Kapitel der theoretischen Elektrotechnik | de | 2V+2Ü | unregelmäßig |
| Modeling and Simulation | en | 2V+2Ü | jedes WS |
| Fields and Waves (ausgelaufen, jetzt EMWW) | en | 2V+2Ü | - |
| Elektromagnetische Feldsimulation | en/de | 2V+2Ü | unregelmäßig |
| Optical Waveguide Theory | en/de | 2V+2Ü | normalerweise SoSe |
| Feldberechnung mit der Randelementmethode | de | 2V+2Ü | unregelmäßig |
| Topics in Systems Engineering / Forschungsseminar | en+de | S | jedes WS |
| Projektarbeiten | en+de | jedes Semester | |
| Masterarbeiten | en+de | jedes Semester | |
(SoSe=Sommersemester, WS=Wintersemester, V=Vorlesung, Ü=Übung, P=praktischer Anteil, S=Seminar)
Bitte beachten Sie, dass dies nur diejenigen Kurse sind, die vom Fachgebiet Theoretische Elektrotechnik (TET) angeboten werden. Eine Übersicht aller Kurse des Instituts für Elektrotechnik und Informationstechnologie und allgemeine Informationen können Sie auf der Studiumseite des Instituts und im Lehrverwaltungsprogramm PAUL finden.
Schriftliche Prüfungen werden in der Regel zweimal jährlich angeboten, mündliche Prüfungen ganzjährig nach Vereinbarung. Informationen über Bedingungen und Termine finden Sie in PAUL, weiteres Kursmaterial in der Regel in PANDA.
„We offer a wide variety of courses for students, ranging from the theoretical foundations of electromagnetism and numerics to research-related advanced courses on field simulation and photonics.”
VL Feldtheorie
| Inhaltsbeschreibung |
| Der deutschsprachige Bachelor-Kurs "Feldtheorie" -bestehend aus Vorlesung und Übung- deckt analytische Methoden und Vorgehensweisen zur Berechnung elektromagnetischer Felder ab. Nach einer phänomenologischen Einführung in das System der Maxwellschen Gleichungen werden darauf aufbauend eine Vielzahl von Modellierungsansätzen und Lösungsstrategien diskutiert. |
Themengebiete |
Der Lehrstoff umfasst im einzelnen:
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| Literaturempfehlung |
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VL Elektromagnetische Wellen und Wellenleiter
Themen des Kurses:
- Wiederholung Feldtheorie: Maxwellsche Gleichungen, konstitutive Beziehungen, Kontinuitätsbedingungen, Energie
- Grundlagen: Frequenzraum, lineare Materialmodelle, Kramers-Kronig-Relation, Poynting Theorem
- die Wellengleichung und ihre Lösungen: ebene Wellen, optische Polarisation, Dämpfung, stehende Wellen,
- Dispersion: Phasen- und Gruppengeschwindigkeit, Gruppengeschwindigkeitsdispersion,
- Grenzflächen: Fresnelsche Formeln für normalen und schrägen Einfall, Snellsches Gesetz, Transfermatrixmethode,
- Wellenleiter: Modenklassifikation, Hohlwellenleiter (Rechteck- und axialsymmetrische), planare dielektrische Wellenleiter und optische Fasern, Dämpfung in Wellenleitern, Leitungstheorie, S-Parameter,
- Resonatoren: Grundlagen, Hohlraumresonatoren, Verluste in Resonatoren, dielektrsche Resonatoren
- Abstrahlung von Wellen: Fernfeldnäherung, Dipol- und lineare Antennen, Antennencharakteristika, Antennenarrays
Modeling & Simulation
Dieser Kurs wird in der Regel von Studierenden der Masterstudiengänge Optoelectronics & Photonics und Electrical System Engineering Master (ESE) an der Universität Paderborn im ersten oder zweiten Semester als Pflichtkurs belegt. Die Unterrichtssprache ist Englisch. Alle weiteren Informationen zum Kurs finden Sie auf der Lernplattform PANDA (wenn Sie sich in PAUL angemeldet haben, sollten Sie Zugriff haben, falls nicht, kontaktieren Sie uns bitte).
Folgende Themen werden behandelt:
- Einführung in den Modellierungsprozess (Motivation, Definitionen, Standard-Workflow)
- Zahlendarstellung in digitalen Computern (Ganzzahlen, Festkomma- und Gleitkommazahlen und Operationen mit ihnen, Genauigkeit von Zahlen)
- Numerische Schemata für gewöhnliche Differentialgleichungen (Schemata für Anfangswert- und Randwertprobleme, Stabilität, Optimierung)
- Numerische Schemata für partielle Differentialgleichungen (Finite-Differenzen-Schemata, Fourier-Ansätze, Finite-Elemente- und Randelement-Methoden)
- Simulationen diskreter ereignisgesteuerter Prozesse (Graphen, Kürzester-Weg-Problem, Handlungsreisendenproblem, Aufgabenplanung)
Als Voraussetzungen erwarten wir Bachelor-Kenntnisse in Mathematik (Differentialgleichungen, Fourier-Transformationen) und grundlegende Programmierkenntnisse.
VL Ausgewählte Kapitel der theoretischen Elektrotechnik
Die Master-Wahlpflicht-Veranstaltung “Ausgewählte Kapitel der theoretischen Elektrotechnik” erweitert und vertieft das in der Pflichtveranstaltung “Theoretische Elektrotechnik” bzw. “Elektromagnetische Wellen und Wellenleiter” erworbene Wissen über die elektromagnetische Wellenausbreitung im Freiraum und auf Wellenleitern um ausgewählte Themengebiete. Aufbauend auf der Theorie längshomogener Wellenleiter werden die Systembeschreibung mittels Streuparameter sowie die Mode-Matching-Methode praktisch motiviert und wellentheoretisch behandelt. Ein weiterer thematischer Schwerpunkt bildet die Greensche-Methode zur mathematischen Lösung von Randwertproblemen, die ausführlich hergeleitet und auf elektromagnetische Feldprobleme angewandt wird.
Die Vorlesung Ausgewählte Kapitel der theoretischen Elektrotechnik gliedert sich wie folgt:
- Theorie der Eigenwellen und deren Anwendung in der Streuparametertheorie
- Ez-Hz-Feldansatz für längshomogene Wellenleiterstrukturen
- Systembeschreibung mittels Streumatrizen
- Grundlagen der Mode-Matching-Methode
- Die Greensche Methode in der elektromagnetischen Feldtheorie
- Greensche Funktionen und deren Bestimmung
- Die Aperturfeldmethode in der Antennentheorie
- Lösung physikalischer Feldprobleme mittels Greenscher Funktionen
VL Elektromagnetische Feldsimulation
| Inhaltsbeschreibung |
Die Master-Wahlpflicht-Veranstaltung "Elektromagnetische Feldsimulation" bietet eine Einführung in moderne Simulationsverfahren für elektromagnetische Feldprobleme. Im Mittelpunkt steht mit der Methode der Finiten Integration (FIT) ein moderner, sehr effizienter und erfolgreicher Ansatz aus der Klasse der gitterbasierten Verfahren. Es können Feldprobleme der Statik, Quasistatik und schnell-veränderliche Felder (elektromagnetische Wellen) bei nahezu beliebiger Materialverteilung behandelt werden. Die Modellierung mit FIT führt dabei auf algebraische Matrizengleichungen, deren Lösung ebenfalls einführend besprochen wird. Außerdem kommen einige verwandte Verfahren wie Finite Differenzen und Finite Elemente zur Sprache. In der zugehörigen programmierpraktischen Übung werden für einfache Problemstellungen der Simulationstechnik kleine Matlab-Programme erstellt. Ziel der Lehrveranstaltung ist u.a., die Möglichkeit und Grenzen der besprochenen Verfahren im praktischen Einsatz kennen zu lernen und einschätzen zu können. Außerdem wird das Fundament für eine Weiterentwicklung der Algorithmen im Rahmen wissenschaftlicher Projekte gelegt. Ein ausführliches Skript zur Vorlesung steht zur Verfügung. |
| Themengebiete |
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VL Feldberechnung mit der Randelementmethode
| Inhaltsbeschreibung |
Entwicklung, Design und Optimierung technischer Bauteile oder Geräte erfordern eine adäquate Beschreibung der darin ablaufenden physikalischen Prozesse in Form mathematischer Modelle, die aufgrund ihrer hohen Komplexität im Allgemeinen nur unter Zuhilfenahme numerischer Feldberechnungsverfahren analysiert werden können. Ein Vertreter davon ist die Randelementmethode, die bevorzugt in der Antennentechnik zur Lösung von Abstrahlungsproblemen sowie in der Radartechnik zur Untersuchung von Streuobjekten eingesetzt wird, woraus wichtige Kenngrößen wie beispielsweise die Richtcharakteristik von Antennen oder der Rückstreuquerschnitt von Radarzielen ableitbar sind. Ziel der Master-Wahlpflicht-Vorlesung ist die Vermittlung des theoretischen Basiswissens über die Randelementmethode unter Berücksichtigung anwendungsbezogener Aspekte, wobei das Hauptaugenmerk auf den Einsatz in der Ingenieurspraxis gerichtet ist. Im Mittelpunkt stehen die als Integralgleichungsmethode bezeichnete Überführung elektromagnetischer Randwertprobleme in dazu äquivalente Integralgleichungen und deren Diskretisierung mit Hilfe der Momentenmethode, die in ihrer Gesamtheit die Randelementmethode bilden. Besonderer Wert wird dabei auf die mathematische Modellierung von Antennen-, Eigenwert- und Streuproblemen sowie die Extraktion charakteristischer Zielgrößen aus der Feldlösung gelegt, um so den wichtigen Bezug zur Rechenpraxis herzustellen. Typisch für dieses Diskretisierungsverfahren ist das Auftreten singulärer Integrale, die gewöhnlich nicht analytisch lösbar sind. Um diese einer numerischen Auswertung unter Verwendung herkömmlicher Kubaturverfahren zugänglich machen zu können, sind spezielle Regularisierungstechniken zwingend erforderlich, die vorgestellt und in Hinblick auf ihre Leistungsfähigkeit miteinander verglichen werden. Strategien zur Lösung des diskreten Problems sowie Möglichkeiten zur Beschleunigung des Lösungsprozesses, die aufgrund dicht besetzter Systemmatrizen unumgänglich ist, werden ebenfalls besprochen. Die Vorlesung wird von einer programmierpraktischen Übung begleitet, in welcher die in der Vorlesung präsentierten Algorithmen auf einem Computer umgesetzt und anhand einfacher Praxisbeispiele erprobt werden sollen. |
| Themengebiete |
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| Literaturempfehlung |
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Forschungsseminar / Topics in Systems Engineering
Am Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik werden von mehreren Fachgebieten Seminar für Masterstudierende angeboten (siehe PAUL).
In der TET-Gruppe bieten wir Themen mit Schwerpunkt auf numerischen Methoden, Simulation, elektromagnetischen Feldern und Photonik an. Um diesen Kurs zu bestehen, müssen Sie sich mit einem zu Beginn des Semesters festgelegten Thema befassen. Sie erhalten einige erste Referenzen; es wird erwartet, dass Sie selbst weitere Literaturrecherchen (über Wikipedia hinaus) durchführen. Am Ende des Semesters halten Sie eine kurze Präsentation zu dem Thema und reichen einen kurzen schriftlichen Bericht ein. Die Idee dahinter ist, dass Sie lernen, sich selbstständig mit komplexen Themen vertraut zu machen und die Präsentation Ihres Wissens zu üben. Um Sie dabei zu unterstützen, werden wir im Laufe des Semesters einige Einzelgespräche vereinbaren; für weitere Fragen zwischendurch stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.
Bitte kontaktieren Sie Dr. Manfred Hammer für aktuelle Themen und weitere Informationen.
Häufig gestellte Fragen
Dies gilt für Studierende, die Auflagen als Voraussetzung für ein Masterstudium bzw. eine Promotion an der Universität Paderborn erhalten haben. Das Hauptziel dieser Auflage ist, sicherzustellen, dass Sie das notwendige Wissen und die Kompetenz haben, Ihr Studium durchzuführen.
Wenn Sie im eine Auflage in “Elektromagnetische Wellen” haben, besuchen Sie bitten den neuen Masterkurs “Elektromagnetische Wellen und Wellenleiter”. Mit ihm können Sie gleichzeitig die Auflage in EMW erfüllen und den nicht mehr angeboteten Kurs “Theoretische Elektrotechnik” belegen.
Wenn Sie in einem vorherigen Studium an einem Kurs teilgenommen haben, der die relevanten Themen in vollem Umfang oder weitestgehend behandelt hat (siehe hierzu das Modulhandbuch oder die Kursseiten), senden Sie bitte Ihre Notenübersicht und die Inhaltsverzeichnisse der relevanten Kursen an Prof. Jens Förstner. Sie können die Unterlagen selbstverständlich auch gern persönlich vorbeibringen.
Sollten Sie keine ähnlichen Kurse absolviert haben, nehmen Sie bitte die Prüfung des geforderten Kurses in Anspruch (diese wird zweimal jährlich angeboten). Sollte der Kurs nicht in Ihrer Sprache verfügbar sein, kann auch eine mündliche Prüfung arrangiert werden.
Sie benötigen zwei qualifizierte Prüfer/Betreuer der Universität Paderborn (üblicherweise Professoren der Elektrotechnik), die bereit sind, Ihre Arbeit zu betreuen.
In der TET-Gruppe betreuen wir externe Thesen nur unter strikten Bedingungen:
- Die Firma und die TET-Gruppe kooperieren bereits oder planen dies in Kürze. Wir formulieren geeignete Bachelor-/Master-Projekte und veröffentlichen diese auf unserer Seite. Beispielsweise bieten wir regelmässig gemeinsame Projekt- und Abschlussarbeiten mit der Paderborner Zweigstelle des Fraunhofer ENAS an.
- Das Thema ist nah zum Forschungsbereich der TET-Gruppe (Nanophotonik optische/elektromagnetische Feldsimulation). Das Thema muss die geforderte akademische Qualität erfüllen. Das Beste wäre, die Firma hat ein Interesse an einer Kooperation. Nur in diesen Fällen kontaktieren Sie uns bitte und fragen nach, ob wir Interesse haben und die Kapazität zur Betreuung.