Desenvolvimento de programa computacional para simulações de propagação de ondas eletromagnéticas com uso do método FDTD

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um software em MATLAB® para a solução de problemas de propagação de ondas eletromagnéticas em cavidades ressonantes utilizando o método de diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) bem como expõe os resultados das soluções de dois problemas simulados pelo programa. O objetivo do trabalho é disponibilizar um software acessível de FDTD para solução de problemas de baixa complexidade e que envolvam propagação de ondas em cavidades ressonantes. A dissertação dá uma explicação a respeito da teoria do método numérico e das partes mais relevantes do desenvolvimento do código do programa. No trabalho constam dois problemas: um de uma cavidade ressonante vazia e outro de uma cavidade ressonante parcialmente preenchida por dielétrico. Os resultados incluem gráficos dos espectros de frequência com as frequências de ressonância e imagens de animações de gráficos tridimensionais que ilustram os comportamentos dos campos ao longo do tempo. Os valores encontrados para as frequências de ressonância de ambas as cavidades foram satisfatórios e coerentes com os valores analíticos e com os valores do artigo de comparação.

Abstract: This work presents the development of a MATLAB® software that solves problems involving electromagnetic waves propagation in resonant cavities using the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method. It also shows the results from the solutions of two different problems simulated by the program. The aim of this work is to offer an accessible FDTD software for solving problems with a low level of complexity and which are related to wave propagation in microwave cavities. This dissertation provides explanation regarding the theory behind the numerical method and the most relevant parts of the code development. In this work, there are two problems: one regarding an empty resonant cavity and the other is about resonant cavity partially filled with a dielectric. The results include graphs of frequency spectrums with the resonant frequencies as well as images from animations of the tridimensional graphs that exhibit the behavior of the fields with the passage of time. The values found for the resonant frequencies from both cavities were plausible and consistent with the analytic values and with the values presented by the article of reference.