Análise e medidas de propagação e espalhamento em estruturas periódicas

Abstract

Estruturas periódicas, tais como superfícies seletivas de frequência, cristais fotônicos ou conjunto de antenas, estão, às vezes, presentes em problemas de eletromagnetismo. Estas estruturas possuem aplicações fundamentais nos sistemas de comunicações, em fibras ópticas, em antenas inteligentes, e também no desenvolvimento de filtros que operam como radomes ou que podem ser aplicados como papel de parede em construções, objetivando confinar sinais dentro ou fora de um cômodo. Aplicações reais de estruturas periódicas, principalmente em problemas envolvendo propagação indoor, são extremamente complexas de serem analisadas analiticamente, por isso, são utilizados métodos numéricos de simulação computacional para efetuar a análise. O modelamento de estruturas periódicas, que se replicam inúmeras vezes em uma ou duas direções, pode exigir grande quantidade de recursos computacionais e tempo de simulação proibitivo. A utilização de condições de fronteiras periódicas permite um modelamento mais adequado e eficiente, envolvendo apenas o elemento periódico, mas mantendo-se todo o refinamento necessário. Neste trabalho, são abordadas algumas das formulações que constituem o estado da arte para simulação de estruturas periódicas usando o método FDTD. São apresentados resultados numéricos de espalhamento para algumas estruturas, obtidos por meio da aplicação da condição de fronteira periódica para incidência normal, funcionalidade que foi adicionada ao software EM Studio. Adicionalmente, são apresentados resultados de medidas e simulações de propagação em ambiente indoor. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Periodic structures such as frequency selective surfaces, photonic crystals or array of antennas are generally present in problems of interest of electromagnetism. These structures have fundamental applications in communications systems, such as fiber optics, smart antennas, development of Filters which operate as radomes or can be applied as wallpaper on buildings, aiming to confine signals into or out of a room. Real applications of periodic structures, particularly in problems involving indoor propagation, are extremely complex to be analyzed analytically, so numerical methods and computer simulation are used to perform the required analysis. The modeling of periodic structures, which replicate many times in one or two directions, may require large amount of computational resources and prohibitive simulation time. The use of periodic boundary conditions allow for the most efficient and appropriate modeling, using only the periodic element with all necessary refinement. This work discusses some of the formulations that are state of the art for simulating periodic structures using the FDTD method. Numerical results are presented for scattering of some periodic structures, obtained by applying the periodic boundary condition for normal incidence, functionality that was added to EM Studio software. Additionally, we present results of measurements and simulations of indoor propagation environment.