Approximate Method of Multi-Layer Green's Function Using FDTD Scheme and Rational Function Approximation

In this paper, a method to approximate a multi-layer Green's function is proposed based on a FDTD scheme and a rational function approximation. For a given horizontal propagation wavenumber, time domain response is calculated and then Fourier transformed to the spectral domain Green's function. Using the rational function approximation, the pole and residue of the Green's function can be estimated, which are crucial for a calculation of a path loss. The proposed method can provide a wideband Green's function, while the conventional normal mode method can be applied to a single frequency problem. To validate the proposed method, We consider two problems, one of which has a analytical solution. The other is about multi-layer case, for which the proposed method is compared with the known normal mode solution, Kraken.

FDTD 방법과 분수 함수 근사법을 이용한 다층 구조에서의 Green 함수 근사화

본 논문에서는 1차원 모드 방정식의 FDTD 해석 결과와 분수 함수 근사법을 이용하여 다층 구조의 Green 함수를 근사화 하는 방법을 제안한다. 파수 값에 따른 FDTD 해석 결과를 Fourier 변환 과정을 거쳐 spectral domain 상에서 Green 함수를 계산한다. FDTD 수치 해석 결과로 얻은 Green 함수에 분수 함수 근사법을 적용하여 pole과 residue를 계산하여 Green 함수를 분수 함수로 근사화 한다. 제안된 방법은 path-loss 계산 방법 중 하나인 정상 모드(normal mode)에 사용할 수 있다. 단일 주파수 해석에 유효한 기존의 정상 모드 방법과는 달리 본 논문에서 제안하는 FDTD 기반 방법은 광대역 해석을 할 수 있다. 제안된 방법의 유용성을 입증하기 위해 정상 모드 해석기반의 Kraken 시뮬레이터 결과와 공진 모드의 pole 값을 비교한다. 또 알려진 해석해를 갖는 문제에 제안된방법을 적용하여 정확도를 검증하였다.