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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2007.tde-07012008-164204
Document
Author
Full name
Alexandre Magno Milagre
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2007
Supervisor
Committee
Barbin, Silvio Ernesto (President)
Kretly, Luiz Carlos
Trintinalia, Luiz Cezar
Title in Portuguese
Condições de fronteiras de absorção no método FDTD.
Keywords in Portuguese
Diferenças finitas
Eletromagnetismo
Métodos numéricos
Abstract in Portuguese
Em muitas simulações eletromagnéticas utilizando o método FDTD, é desejado que os campos radiados pelas estruturas em análise sejam transmitidos para fora do domínio computacional. Infelizmente isto não é possível de ser realizado através do método FDTD em sua forma original. Para resolver este problema, deve-se implementar, nas superfícies limítrofes dos domínios computacionais, condições especiais denominadas na literatura técnica de Condições de Fronteiras de Absorção, ou, em inglês, "Absorbing Boundary Conditions" (ABC´s). Essas Condições de Fronteiras de Absorção impedem que os campos radiados sejam refletidos nas superfícies limítrofes dos domínios computacionais, retornando para o interior do domínio e interferindo no resultado final das simulações. Não existe uma técnica de absorção ideal, ou seja, que elimine totalmente a reflexão. As técnicas atualmente existentes possuem vantagens e desvantagens, podendo ser mais ou menos eficientes, o que faz com que esse tema ainda seja motivo de extensivos estudos. O objetivo deste trabalho consiste no estudo, implementação e comparação de Condições de Fronteiras de Absorção e na indicação de uma possível melhoria nessa área. São realizadas simulações em domínios bidimensionais e tridimensionais para se determinar vantagens e desvantagens de cada técnica de absorção. A análise dos resultados das simulações está focalizada no grau de atenuação que as ABCs possuem e na carga computacional despendidas por elas. Este trabalho é concluído com simulações empregando as condições de fronteiras analisadas para três estruturas clássicas. As vantagens e desvantagens de cada ABC são apresentadas e uma melhoria proposta na técnica de Auto Teleportação de Campos, ou, em inglês, "Self Teleportation of Fields" é validada. As estruturas analisadas são uma microlinha de transmissão, um filtro planar e um cilindro metálico iluminado por uma onda plana uniforme.
Title in English
Absorbing boundaries conditions in the FDTD method.
Keywords in English
Electromagnetism
Finite difference
Numerical methods
Abstract in English
In many electromagnetic computational simulations using the FDTD method, it is desired that the electromagnetic fields radiated by the structures under analysis can be transmitted outwards the computational domain. Unfortunately, this is impossible to be done by the FDTD method in its original form. To mitigate this problem, one must apply special conditions to the computational domain boundaries, known in the technical literature as Absorbing Boundary Conditions (ABCs) These Absorbing Boundaries Conditions prevent the radiated fields to be reflected by boundaries back into the computational domain. Without them, these fields would interfere with the final simulation results. However, there is no ideal technique that completely eliminates the reflections. The existing techniques have advantages and disadvantages, which make them more or less efficient, still making this subject a theme of extensive studies. This work is aimed at studying, implementing and comparing these Absorbing Boundary Conditions and at indicating a possible improvement in this field. Simulations in bi-dimensional and three-dimensional domains were made to evaluate advantages and disadvantages of each absorption technique. The analysis of the simulation results was focused in the attenuation degree of the ABCs and their computational burden. The work is concluded with simulations using the analyzed ABCs for three classic structures. The advantages and disadvantages of each ABC are presented and a proposed improvement on the "Self Teleportation of Fields" technique is validated. The analyzed structures are a microstrip line, a planar filter and a metallic cylinder illuminated by a uniform plane wave.
 
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Publishing Date
2008-02-27
 
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