Two approaches have been taken with respect to full-wave electromagnetic field analysis. One is a time-domain analysis approach which solves the initial boundary value problem of the wave or Maxwell's equations, the other is a frequency-domain analysis approach which solves the eigenvalue problem of the vector Helmholtz equation. Mostly it is common to obtain the design data in frequency domain one frequency at a time by the frequency-domain approach. But the time-domain approach is economical rather than the frequency-domain approach when the broad-band results are required. This is because they are calculated at a time through the Fourier transform of time response of a sharp pulse. Also because algorithm implementation is very simple and the crosstalk of interconnections in semiconductor integrated circuit is graphically illustrated. In this thesis, numerical analysis package using time-domain finite difference (TDFD) method is developed to solve the initial value problem of Maxwell's equation and applied to several microstrip structures. TDFD allows us to show graphically the evolution of the wide band electromagnetic wave propagation along the microstrip line and the crosstalk between microstrip lines. Moreover, we can obtain transmission line parameters and scattering parameters through Fourier transform of TDFD results in easy and efficient ways.
TDFD is successfully applied to : i) wide band electromagnetic wave propagation along the single strip line, ii) crosstalk analysis between two microstrip lines, and iii) three metal lines side-coupled filter. Our results show much better agreement with other theoretical or experimental results reported in the literature.
시변 전자기장을 완전히 해석하고자 할때 두가지 접근방식이 사용되어 왔는데, 하나는 맥스웰 방정식이나 파동방정식을 초기 경계치 문제로 하여 시간영역에서 해석하는 것이고 다른 하나는 벡터 헬르몰츠 방정식을 고유치 문제로 하여 주파수 영역에서 해석하는 것이다. 대부분의 경우 주파수 영역에서 한번의 계산에 한 주파수에서의 결과를 구하는 것이 일반적이다. 그러나 시간 영역으로의 접근 방식은 넓은 대역의 주파수 결과를 요구할때 주파수 영역에서의 접근 방식보다 상당히 효율적이다. 이는 폭이 좁은 펄스에 대한 시간 응답을 통해 넓은 대역의 주파수 결과를 단 한번에 계산하기 때문이다. 또한 알고리즘 구현이 간단하며 반도체 집적 회로내의 연결선 사이의 혼선을 시각적으로 확인할 수 있다는 면에서 이용도가 높다고 할 수 있다. 본 논문에서는 시간 영역 유한 차분법을 이용하여 맥스웰 방정식의 초기치문제를 푸는 팩키지를 개발하고 이를 여러가지 마이크로스트립 구조에 적용해본다. 시간 영역 유한차분법은 마이크로스트립 선로에서의 전자파의 진행 및 혼선을 시각적으로 나타낼 수 있다. 더우기 우리는 시간 영역의 결과를 푸리어 변환하여 전송선로 패러미터와 산란계수를 효율적으로 구할 수 있다.
시간 영역 유한 차분법이 아래 세가지 경우에 성공적으로 적용되었으며 문헌에 보고된 다른 이론치나 실험치와도 아주 잘 맞고 있다.
1) 단일 마이크로스트립 선로에서의 광대역 전자파의 진행
2) 두 마이크로스트립 선로간의 혼선
3) 세개의 마이크로스트립 선로로 이루어진 측면 결합 필터