FEM — Finite-Elemente-Methode (3D-Modelle)

FEM (finite element method, Finite-Elemente-Methode) löst die Felder im Frequenzbereich und ermöglicht es, einen dreidimensionalen inhomogenen Hohlraum Erde–Ionosphäre aufzubauen. Der Raum des Hohlraums wird in ein Netz von Elementen unterteilt, auf denen die Lösung der Wellengleichung für jede Frequenz einzeln gesucht wird.

Der Hauptvorteil von 3D-FEM ist, dass sie die Modenaufspaltung (line splitting) reproduzieren kann — das Phänomen, bei dem sich eine Resonanzspitze infolge der Hohlraumasymmetrie aufteilt. Das Modell ist zudem unabhängig von der Quellkonfiguration: Es berechnet die Eigeneigenschaften des Hohlraums selbst, nicht die Reaktion auf einen konkreten Blitz, sodass die Ergebnisse nicht an eine Annahme über die Lage der Quellen gebunden sind.

Ein 3D-FEM-Simulationsmodell des Hohlraums Erde–Ionosphäre beschrieben Goncharov et al. (2019) Goncharov 2019. Da es im Frequenzbereich arbeitet, eignet es sich zur systematischen Untersuchung der Resonanzeigenschaften des Hohlraums und feiner spektraler Effekte. Wie FDTD ist es rechenaufwendig, im Tausch gegen eine hohe Treue bei der Erfassung von Inhomogenitäten und Modenaufspaltung.