Métodos numéricos para el modelado de antenas, medios guiados y la simulación de propagación de campos electromagnéticos

Abstract

En el presente trabajo se exploran diversos métodos numéricos para la resolución del modelado de componentes de tecnología de comunicaciones en los que la propagación de los campos electromagnéticos es de gran relevancia. Estos van a venir descritos mediante ecuaciones diferenciales parciales y será este el lenguaje matemático con el que trabajaremos desde el principio. El trabajo se centra en varios métodos numéricos, como pueden ser el "Método de Diferencias Finitas", FDM por sus siglas en inglés, para el modelado de líneas de transmisión y campos electroestáticos, o la denominada técnica de "Diferencias Finitas en el Dominio del Tiempo", FDTD por sus siglas en inglés, para la simulación de la propagación de ondas electromagnéticas en el tiempo o el cálculo del patrón de radiación de una antena dipolo 2D. Igualmente abordaremos la técnica de los valores propios, para la resolución de guía de ondas rectangulares. Así mismo, el trabajo se centrará en la formulación e implementación de códigos de programación, por lo que se utilizará en la mayoría de los casos la programación en Matlab, y utilizando las librerías MEEP para el caso de la antena dipolo.

In the present work, various numerical methods are explored for the resolution of the modeling of communication technology components in which the propagation of electromagnetic fields is highly revealing. These will be described by means of partial differential equations and this will be the mathematical language with which we will work from the beginning. The work focuses on various numerical methods, such as the "Finite Difference Method" (FDM), for the modeling of transmission lines and electrostatic fields, or the so-called "Finite Difference in Time Domain" technique (FDTD), for the simulation of the propagation of electromagnetic waves in time or the calculation of the radiation pattern of a 2D dipole antenna. We will also address the technique of eigenvalues, for the resolution of rectangular waveguides. Likewise, the work will focus on the formulation and implementation of programming codes, which is why programming in Matlab will be used in most cases, and using the MEEP libraries in the case of the dipole antenna.