Transparente Randbedingungen für längshomogene Wellenleiterstrukturen

Berechnungen und Simulationen der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen entlang längshomogener Wellenleiter werden mithilfe zweidimensionaler Diskretisierungsverfahren durchgeführt. Abhängig von der Anwendung werden entsprechende numerische Randbedingungen verwendet. Diese lassen sich bei transversal offenen Wellenleitern durch geschlossene oder absorbierende Randbedingungen annähern, was zur Verfälschung des realen Modells führt. Die in dieser Arbeit vorgestellte Methode zur Modellierung von offenen Randbedingungen basiert auf dem Kirchhoff-Integral und wurde für das Diskretisierungsverfahren FIT implementiert. Die vorgestellte Randbedingung wird mit ausgewählten konventionellen Lösungsansätzen verglichen.

Waveguides play one of the key figures in today’s electronics and optics for signal transmission. Corresponding simulations of electromagnetic wave transportation along these waveguides are accomplished by discretization methods such as the Finite Integration Technique (FIT) or the Finite Element Method (FEM). For longitudinally homogeneous and transversely unbounded waveguides these simulations can be approximated by closed boundaries. However, this distorts the original physical model and unnecessarily increases the size of the computational domain size. In this article we present a boundary condition for transversely open waveguides based on the Kirchhoff integral which has been implemented within the framework of FIT. The presented solution is compared with selected conventional methods in terms of computational effort and memory consumption