Use of the perfect electric conductor boundary conditions to discretize a diffractor in FDTD/PML environment

• Autores: C. Calderón-Ramón, José Francisco Gómez Aguilar, M. Rodrígez-Achach, L.J. Morales-Mendoza, J.R. Laguna-Camacho, M. Benavides-Cruz, M.I. Cruz-Orduna, M. González-Lee, Héctor Pérez Meana, M. Enciso Aguilar, R.A. Chávez-Pérez, H. Martínez-García
• Localización: Revista Mexicana de Física, ISSN-e 0035-001X, Vol. 61, Nº. 5, 2015, págs. 344-350
• Idioma: inglés
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• Resumen
  • español

    En este artículo se describe el uso de las condiciones de Conductor Eléctrico Perfecto (PEC), para modelar un difractor multiforme colocado en el centro de un arreglo de antenas. La estrategia se basa en resolver las ecuaciones diferenciales de Maxwell con una formulación discreta espacio-temporal, mediante el método de Diferencias Finitas en el Dominio del Tiempo (FDTD), el método de Capas Perfectamente Acopladas (PML), se utiliza como condición de frontera absorbente al evitar que la onda electromagnética continúe propagándose hacia el exterior de la región de cálculo, las condiciones de frontera PEC son utilizadas para representar la periferia de dicha región y el difractor. El sistema consiste en un arreglo de antenas, formado por 20 elementos: una antena de Transmisión (TX1) la cual alimenta un pulso gaussiano a una frecuencia central de 7.5 GHz y 19 antenas Receptoras (RX1 a RX19), que funcionan como sensores. El difractor es discretizado para su integración en el ambiente FDTD, se presentan dos casos de estudio, de acuerdo a su forma geométrica: difractor cuadrado y circular. Se presentan las ecuaciones correspondientes para cada caso, como resultado obtenemos los parámetros electromagnéticos del sistema: campos eléctricos, campos magnéticos, potencia reflejada, sensados por las RX.

  • English

    In this paper we present a computational electromagnetic simulation of a multiform diffractor placed at the center of an antenna array. Our approach is to solve Maxwell's differential equations with a discrete space-time formulation, usign the Finite Difference Time Domain (FDTD) method. The Perfectly Matched Layers (PML) method is used as an absorbing boundary condition, to prevent further spread of the electromagnetic wave to the outside of the calculation region. The Perfect Electric Conductor (PEC) boundary conditions are used to represent the periphery of the region and the diffractor. The system consists of an antenna array of 20 elements: a transmission antenna (TX1) which feeds a Gaussian pulse with center frequency of 7.5 GHz, and 19 reception antennas (RX1 to RX19), which serve a sensors. The diffractor is discretized for integration into the environment FDTD, and two case studies are presented according to their geometric shape: square and circular diffractor. In this work, the goal is to determine the Maxwell's equations, analyze all the zones that from the diffractor and plug them in the computational algorithm in Matlab. We show the equations for each case and obtain the elcromagnetic parameters of the system: electric fields, magnetic fields, and reflected power, sensed by the RX's.