Development of an Electromagnetic Simulation Software with Graphical User Interface in Python Programming Language Using Finite Difference Time Domain Method

Abstract

Numerical methods are utilized for solving electromagnetic problems having random geometries. Finite difference time domain (FDTD) is a popular method used for these types of simulations. In this study, a software in Python programming language is developed implementing FDTD method for electromagnetic simulations. The software is made as user-friendly by adding a graphical user interface with the Tkinter module. Simulation results of various electromagnetic problems obtained with our software and a commercial software are compared and it is shown that our software can be used to simulate electromagnetic problems as expected.

Keywords

• Finite difference time domain method
• FDTD
• Python
• Tkinter
• Electromagnetic simulation

ZAMAN TANIM BÖLGESİNDE SONLU FARKLAR YÖNTEMİ İLE PYTHON DİLİNDE GRAFİK KULLANICI ARAYÜZLÜ BİR ELEKTROMANYETİK BENZETİM YAZILIMININ GELİŞTİRİLMESİ

Abstract

Rastgele geometrilerin söz konusu olduğu durumlarda elektromanyetik çözümler için sayısal yöntemler kullanılmaktadır. Zaman bölgesinde sonlu farklar (ZTBSF) metodu da bu amaçla kullanılan popüler yöntemlerden biridir. Bu çalışmada, Python programlama dilinde ZTBSF yöntemi ile rastgele yapıların elektromanyetik benzetimlerini yapmak için bir yazılım geliştirilmiştir. Bu yazılıma Tkinter modülü kullanılarak bir grafik kullanıcı arayüzü de eklenerek kullanıcı dostu bir yapı elde edilmiştir. Çeşitli elektromanyetik problemlerin hem geliştirilen yazılım ile hem de piyasada ticari olarak bulunan bir yazılım ile yapılan benzetim sonuçları karşılaştırılmış ve geliştirilen yazılımın beklendiği şekilde çalıştığı gösterilmiştir.

Keywords

• Zaman bölgesinde sonlu farklar metodu
• ZTBSF
• Python
• Tkinter
• Elektromanyetik benzetim

References

1. Elsherbeni A. ve Demir V., 2015. The Finite Difference Time Domain Method for Electromagnetics: With MATLAB Simulations, Scitech Publishing, 2nd ed.
2. Christopoulos, C., 1995. The Transmission-Line Modeling Method: TLM. New York: IEEE Press.
3. Eastwood, B., 2020. The 10 Most Popular Programming Languages to Learn ın 2020, https://www.northeastern.edu/graduate/blog/most-popular-programming-languages/, erişim tarihi: 15.10.2020.
4. FDTD Method, 2019. https://www.remcom.com/xf-fdtd-method, erişim tarihi: 14.10.2020.
5. Fletcher, M., ve Liebscher, R. ,2005. PyOpenGL, http://pyopengl.sourceforge.net/, erişim tarihi: 11.07.2020.
6. Hunter, J. D, 2007. Matplotlib: A 2D Graphics Environment", Computing in Science & Engineering, vol. 9, no. 3, pp. 90-95.
7. Jin, J, 1993. The Finite Element Method in Electromagnetics, Wiley.
8. Lumerical Inc., FDTD Software, 2020. https://www.lumerical.com/tcad-products/fdtd/, erişim tarihi: 11.07.2020. Ney, M.M, 1985. Method of moments as applied to electromagnetic problems, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 33, no. 10, 972-980.

9. Oliphant, T.E., 2006. A guide to NumPy, Trelgol Publishing USA.
10. Oskooi, A., Roundy, D., Ibanescu, M., Bermel, P., Joannopoulos, J., ve Johnson, S. 2010. Meep: A flexible free-software package for electromagnetic simulations by the FDTD method. Computer Physics Communications, 181(3), 687-702.
11. Remcom Inc., XF7 Software 7.3.0.3, 2020. https://www.remcom.com/xfdtd-3d-em-simulation-software/, erişim tarihi: 11.07.2020.
12. Sullivan, D., 2020. Electromagnetic Simulation Using the FDTD Method with Python, Wiley-IEEE Press. Synopsys Inc., FullWAVE FDTD Software, 2020. https://www.synopsys.com/optical- solutions/rsoft/passive-device-fullwave.html, erişim tarihi: 11.07.2020.
13. Wright, J., pyopengltk, 2018. https://github.com/jonwright/pyopengltk, erişim tarihi: 11.07.2020.
14. Yee, K.S, 1966. Numerical solution of initial boundary problems involving Maxwell’sequations in isotropic media, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 14, no. 3, 302-307.