Simulación electromagnética global de circuitos de microondas usando el método FDTD (elementos pasivos y activos)
Global electromagnetic simulation of microwave circuits using the FDTD method (passive and active elements)
Se presenta el desarrollo de un simulador electromagnético 3D de circuitos de microondas usando el método de diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDTD) el cual incluye una extensión para la inclusión de elementos activos en la simulación electromagnética, la cual permite realizar una simulación global de los circuitos. La validación del simulador se realiza con resultados disponibles en la literatura y con simuladores comerciales, para circuitos en tecnología de microcintas y guías de ondas.
1. INTRODUCCIÓN
La saturación del espectro electromagnético y la creciente demanda de dispositivos cada vez más compactos han empujado a la industria electrónica a hacer uso de frecuencias cada vez más altas. Los últimos microprocesadores de consumo masivo trabajan a frecuencias por en cima de 2 GHz y los dispositivos WLAN, en la banda ISM (0.9, 2.4 y 5.8 GHz), son vistos como elementos importantes de la próxima revolución en conectividad. Estos nuevos dispositivos operan en la banda de las microondas (banda centimétrica y milimétrica), tradicionalmente definida entre 1 y 300 GHz.
La electrónica a frecuencias tan elevadas requiere de nuevos conceptos y afronta dificultades fundamentalmente diferentes a las encontradas a frecuencias por debajo de 1 GHz. La predicción precisa del funcionamiento de un circuito de microondas requiere tener en cuenta la configuración de los campos electromagnéticos y su interacción con los diferentes componentes del circuito. La obtención de una solución de onda completa (solución de las ecuaciones de Maxwell) por su parte requiere de métodos numéricos en casi la totalidad de los casos prácticos.
A pesar de los avances en electromagnetismo computacional y las demandas crecientes en la industria, el desarrollo de simuladores electromagnéticos con capacidad de realizar una simulación global (circuitos con componentes agrupados lineales y no-lineales y distribuidos) es un tema de investigación todavía muy activo.
El interés de este trabajo es contribuir al cuerpo de técnicas que se han venido desarrollando desde comienzos de los años 90 [1] para simular circuitos híbridos (elementos agrupados y distribuidos) de microondas en el dominio del tiempo.
2. CARACTERÍSTICAS DE LA TECNOLOGÍA DE CIRCUITOS DE MICROONDAS
El rasgo característico de la ingeniería de microondas es que las dimensiones de los dispositivos son comparables a la longitud asociada a la frecuencia de operación (desde menos de un milímetro hasta unos cuantos centímetros). Además es común la propagación en modos no-TEM y la presencia de modos evanescentes.
Este documento es un artículo elaborado por Julián Alberto Herrera (Estudiante de Magister, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia,), Néstor Misael Peña (Profesor Asociado, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia) para la Revista de Ingeniería Núm. 18. Publicación de la Universidad de los Andes. Colombia. Contacto: [email protected]
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Idioma:español
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