Penggunaan Metode FDTD untuk Analisis Gelombang pada Struktur Berbasis Kartesian dan Silinder

Abstract

In this paper, the comparison of wave characteristics between Cartesian and cylindrical coordinate system-based structures was analyzed using finite-difference time-domain (FDTD) method. The use of FDTD method was considered due to its advantage in solving electromagnetics (EM) problems in wide spectrum of frequency and geometry shapes. The analysis was undertaken for three-dimensions (3D) Cartesian and cylindrical coordinate system-based structures with dimension of í µí±¥í µí±¥ = 600 mm, í µí±¦í µí±¦ = 300 mm, í µí± §í µí± § = 1,200 mm, and í µí¼Œí µí¼Œ = 600 mm, í µí½‹ =1 °, í µí± §í µí± § = 1,200 mm, respectively. A transverse electric (TE) mode excitation of sine wave modulated Gaussian pulse with frequency of 1 GHz was applied for exciting both structures with the direction of propagation wave assumed in í µí± §í µí± §-axis. Some scenarios were applied for both structures conditioned with free space, dielectric, and conductive medium. The attenuation rate obtained from three modelling scenarios in Cartesian coordinate system structures were 0.35 Np/m, 0.24 Np/m, and 0.62 Np/m, respectively. Meanwhile the attenuation rates for cylindrical coordinate system structure were 0.35 Np/m, 0.21 Np/m, and 0.40 Np/m. The simulation result for resonant frequency in Cartesian and cylindrical coordinate system structure conditioned with free space were 558.706 MHz and 498.466 MHz, respectively. The resonant frequency obtained from simulation result in Cartesian and cylindrical coordinate system structure conditioned with dielectric medium was similar with the one from theoretical calculation in which the highest error were 2.03% and 0.73%, respectively. Intisari-Dalam makalah ini, perbandingan karakteristik gelombang pada struktur berbasis Kartesian dan silinder dianalisis dengan metode FDTD. Penggunaan FDTD dipilih karena memiliki keunggulan dalam menyelesaikan persamaan gelombang elektromagnetik pada jangkauan frekuensi dan bentuk bidang simulasi yang cukup beragam. Analisis perbandingan gelombang dilakukan pada bidang tiga dimensi (3D) dalam koordinat Kartesian dan silinder dengan ukuran masing-masing struktur sebesar í µí±¥í µí±¥ = 600 mm, í µí±¦í µí±¦ = 300 mm, í µí± §í µí± § = 1.200 mm, dan í µí¼Œí µí¼Œ = 600 mm, í µí½‹ =1 °, í µí± §í µí± § = 1.200 mm. Eksitasi mode TE berupa sinyal sinusoidal yang dimodulasi pulsa Gaussian dengan frekuensi 1 GHz digunakan sebagai sumber gelombang pada kedua struktur dengan propagasi gelombang diasumsikan dalam arah sumbu í µí²›. Analisis dilakukan dalam beberapa skenario, yaitu analisis struktur dengan medium udara, medium dielektrik, dan medium konduktif. Besarnya laju atenuasi yang diperoleh untuk tiga skenario pemodelan dengan medium konduktif pada koordinat Kartesian yaitu sebesar 0,35 Np/m, 0,24 Np/m, dan 0,62 Np/m, sedangkan untuk pemodelan dalam koordinat silinder sebesar 0,35 Np/m, 0,21 Np/m, dan 0,40 Np/m. Frekuensi resonansi yang didapatkan pada pemodelan struktur 3D dalam koordinat Kartesian dengan medium udara adalah sebesar 558,706 MHz sedangkan pada koordinat silinder sebesar 498,466 MHz. Perbandingan frekuensi resonansi hasil simulasi pada koordinat silinder dan koordinat Kartesian dengan medium dielektrik memberikan hasil yang sudah cukup mendekati dengan error terbesar untuk hasil simulasi pada koordinat Kartesian dan silinder masing-masing sebesar 2,03% dan 0,73%. Kata Kunci-Metode FDTD, karakteristik gelombang, koordinat Kartesian, koordinat silinder.