Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-612
Main Title: Die Perfectly-Matched-Layer-Randbedingung in der Finite-Differenzen-Methode im Frequenzbereich: Implementierung und Einsatzbereiche
Translated Title: The Perfectly-Matched-Layer Boundary Condition used with the Finite-Difference Frequency-Domain Method
Author(s): Tischler, Thorsten
Advisor(s): Heinrich, Wolfgang
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die vorliegende Arbeit behandelt den Einsatz der Perfectly-Matched-Layer (PML) absorbierenden Randbedingung im Rahmen der Frequenzbereichs-Formulierung der Finiten-Differenzen (FDFD). Mit Hilfe von analytischen Herleitungen werden charakteristische Effekte untersucht und erklärt, insbesondere der Einfluss von PML-Randgebieten auf das Modenspektrum von Wellenleitern. Es zeigt sich, dass durch die Randbedingung künstliche PML-Moden im interessierenden Spektrum auftreten können. Dazu wird ein effektives Kriterium zur Separation der PML- von den physikalischen Moden eingeführt und verifiziert. Diese Ergebnisse sind auch für die Zeitbereichsmethode der Finiten-Differenzen (FDTD) relevant. Mit der implementierten PML-Randbedingung gelingt eine umfassende Charakterisierung rückseitenmetallisierter Koplanarleitungen (CB-CPW) bis in den Terahertzbereich (1000 GHz). Neben einer genauen Berechnung der geometrischen Dispersion und der Abstrahlungs-Dämpfung erlaubt das vorgestellte Verfahren erstmals eine Analyse der diversen Kopplungseffekte zwischen Grundmoden und höheren Moden. Bei der Implementation der PML im 3D-Fall wird eine speziell an die integrale FD-Formulierung angepasste Wahl der Leitfähigkeiten für gradierte PML-Ränder verwendet. Dies ermöglicht hervorragende Absorptionsniveaus im Bereich von 60 dB für 5-lagige PML. Neben Strukturen mit Abstrahlung können damit auch dreidimensionale Geometrien großen Querschnitts simuliert werden, ohne dass künstliche Hohlraumresonanzen des finiten Rechengebietes die Resultate verfälschen.
The thesis treats the Perfectly-Matched-Layer (PML) absorbing boundary condition used with the frequency-domain formulation of the Finite-Difference method (FDFD). By means of analytical models, limitations and characteristic PML effects are described, particularly the influence of PML layers on the mode spectrum of waveguide structures. In this case, artificial PML modes are supported, which occur within the spectrum of interest. For this purpose, an effective criterion is presented and verified, which allows separation of physical and artificial modes. These results are relevant for the FDTD method equally. Using the PML boundary condition, an extensive investigation of conductor-backed coplanar-waveguides (CB-CPW) up to terahertz frequencies (1000GHz) is performed. Besides geometrical dispersion and radiation, the method developed allows an analysis of the coupling effects between CPW- and higher-order modes for the first time. In the 3D case, a modified formulation for conductivity variation within graded PML profiles is applied, which is adapted to the integral formulation of the FD method. Excellent absorption rates in the -60dB range for 5-layer PMLs are demonstrated. Such PML boundaries allow to simulate radiation effects as well as 3D structures with electrically large cross-sections, which otherwise will be corrupted by artificial modes caused by the finite computational domain.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-5140
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/909
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-612
Exam Date: 15-Dec-2003
Issue Date: 23-Jan-2004
Date Available: 23-Jan-2004
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Absorbierende Randbedingungen
Finite-Differenzen-Methode
Koplanare Wellenleiter
Leckwellenverluste
Absorbing Boundary Condition (ABC)
Coplanar Waveguide (CPW)
Finite-Difference Frequency-Domain (FDFD)
Leakage Effect
Perfectly Matched Layer (PML)
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 4 Elektrotechnik und Informatik » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dokument_19.pdf2.81 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.