A Study on the Numerical Wave Propagation Properties of the Finite Difference-Time Domain(FD-TD) Method for EM Wave Problems

전자파 문제에 대한 시간영역-유한차분법의 수치파 전파모델의 성질에 관한 연구

In this paper, the numerical wave propagation properties of the finite difference-time domain(FD-TD) method is investigated as a discrete model describing electromagnetic(EM) wave propagation phenomena. The leap-frog approximation of Maxwell's curl equations in time-space simulates EM wave propagation in terms of the numerical characteristic and the domain of dependence. A geometrical interpretation of the FD-TD numerical procedure is presented. The numerical dispersion error due to the leap-frog approximation and its dependence on the stability factor are illustrated. The FD-TD method using the leap-frog approximation is inherently a descriptive model. Thus, not only any physical picture about EM wave propagation phenomena can be drawn through this model, but also physical or engineering parameters in the frequency domain can be extracted from descriptive results. E-plane filter characteristics in the WR-28 rectangular waveguide and reflection property of an inductive iris in the WR-90 rectangluar waveguide extracted from simulation of the FD-TD model is included.

본 논문에서는 전자파의 전파현상의 불연속모델로서 시간영역 유한 차분법의 수치적 성질이 연구된다. 시간 공간의 차원에서 막스웰 방정식을 개구리뜀 근사식으로 나타내므로 수치적인 특성과 의존 영역의 항으로 전자파의 전파현상을 모사한다. 시간영역 유한차분법의 수치적모사과정이 기하학적으로 설명된다. 개구리뜀 근사법의 채용으로 인한 수치적인 분산현상이 예시된다. 개구리뜀 근사법을 기초로 한 시간영역 유한차분법은 원래 계산 결과만을 산출하는 모델이 아니고 묘사적인 모델이므로 전자파 전파현상에 대한 몰리적인 현상을 묘사할 뿐만 아니라 이러한 묘사직언 결과로부터 푸리에 변환을 통하여 주파수 영역에서의 결과를 추출할 수 잇는 매우 유연한 수치해석 방법이다. 그래서 본 수치해석 방법을 이용하여 WR-28과 WR-90 도파관의 E-평면 휠터와 인턱티브 아이리스의 특성성분적 결과를 포함시킨다.