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

Nabila Husna Shabrina, Hardi Nusantara, Achmad Munir

Abstract


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 x = 600 mm, y = 300 mm, z = 1.200 mm, dan 𝜌 = 600 mm, 𝝋 =1 °, z = 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 z. 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%.

Keywords


Metode FDTD; Karakteristik Gelombang; Koordinat Kartesian; Koordinat Silinder

Full Text:

PDF

References


K. S. Yee, “Numerical solution of initial boundary value problems involving maxwell’s equation in isotropic media,” IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 14, No. 3, hal. 302–307, Mei 1966.

K. S. Yee dan J. S. Chen, “The Finite Difference Time Domain (FDTD) and the Finite Volume Time Domain (FVTD) Methods in Solving Maxwell’s Equations,” IEEE Trans. Antennas and Propag., Vol. 45, No. 3, hal. 354–363, Mar. 1997.

A. Taflove dan S. C. Hagness, Computational Electrodynamics: The Finite Difference Time Domain Method 3rd ed., London, UK: Artech House, 2005.

A. F. Chan, “The Finite Difference Time Domain Method for Computational Electromagnetics”, University of Southern Queensland, Project Report, hal. 1-294, 2006.

D. M. Hockanson, J. L. Drewniak, T. H. Hubbing, dan T. P. Van Doren, “FDTD Modelling of Thin Wires for Simulating Common-Mode Radiation from Structures with Attached Cables,” Proceeding of IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility, 1995, hal. 168–173.

N. Dib, T. Weller, dan M. Scardelltti, “Analysis of 3-D Cylindrical Structures Using the Finite Difference Time Domain Method,” Proceeding of International Microwave Symposium Digest, 1998, hal. 925–928.

M. F. Hadi, A.Z. Elsherbeni, “Numerical Dispersion and Stability for Three-Dimensional Cylindrical FDTD Near the Axis of Rotation,” Proceeding of 11th European Conference on Antenna and Propagation (EUCAP), 2017, hal. 936–938.

N. H. Shabrina, A. Munir, “Analysis of Wave Characteristic Between Cylindrical and Cartesian System-Based Structure Using FDTD Method,” Proceeding of 9th International Conference on Telecommunication Systems Services and Applications (TSSA), 2015, hal. 1–6.

U. S. Inan dan R. A. Marshall, Numerical Electromagnetics: The FDTD Method, NY: Cambridge University Press, 2011.

A. Munir dan Edwar, “Computational Approach for Resonant Frequency Calculation of Coaxial Cavity Resonator Using Cylindrical Coordinate System-based FDTD Method,” Proceeding of 14th International Conference on Quality in Research (QiR), 2015, hal. 73–76.

A. D. Setiawan, H. Nusantara dan A. Munir, “Resonant Frequency Computation of Dielectric Material Loaded Circular Waveguide Using Cylindrical Coordinate System-Based FDTD Method,” Proceeding of 5th International Conference on Electrical Engineering and Informatics (ICEEI), 2015, hal. 314–317.

A. Munir dan B. T. Ranum, “Cylindrical Coordinate System-Based Full Wave FDTD Computation for Resonant Frequency Calculation of Circular Cavity Resonator,” Proceeding of 1st International Conference on Wireless and Telematics (ICWT), 2015, hal. 1–4.

R. Rahmatillah, Chairunisa, dan A. Munir, “Numerical Analysis for Wave Propagation in Circular Waveguide Using Cylindrical Coordinate System-Based FDTD Method,” Proceeding of International Conference of Advance Informatics: Concept, Theory and Application (ICAICTA), 2014, hal. 209–213.

R. E. Collin, Field Theory of Guided Waves 2nd ed., NY: John Wiley & Sons, 1991.




DOI: http://dx.doi.org/10.22146/jnteti.v7i3.442

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


Copyright (c) 2018 Jurnal Nasional Teknik Elektro dan Teknologi Informasi (JNTETI)

JNTETI (Jurnal Nasional Teknik Elektro dan Teknologi Informasi)

Departemen Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada
Jl. Grafika No 2. Kampus UGM Yogyakarta 55281
+62 274 552305
jnteti@ugm.ac.id