Abstract:An analytical, closed-form solution to the scattering problem from an infinite lossless or lossy elliptical cylinder coating a circular metal core is treated in this work. The problem is solved by expressing the electromagnetic field in both elliptical and circular wave functions, connected with one another by well-known expansion formulas. The procedure for solving the problem is cumbersome because of the nonexistence of orthogonality relations for Mathieu functions across the dielectric elliptical boundary. … Show more
“…an elliptical dielectric cylinder [12] or the scattering by an elliptical dielectric cylinder having a circular metallic core [13]. Nonetheless, the scattering problems require a straightforward solution of nonhomogeneous matrix equations, unlike the waveguide problems where the roots of homogeneous matrix equations must be determined.…”
Section: Introductionmentioning
confidence: 99%
“…Nonetheless, the scattering problems require a straightforward solution of nonhomogeneous matrix equations, unlike the waveguide problems where the roots of homogeneous matrix equations must be determined. Thus, the circular-elliptical geometry of the present work can be considered as an extension of [13], where the roots of the corresponding matrix equations are determined. In [14], an attempt was made for the calculation of the cutoff wavenumbers in coaxial elliptical-circular and circular-elliptical metallic waveguides, but the results in that paper turn out to be ambiguous, as it can be concluded from the numerical results of this paper.…”
In this paper, we propose an efficient method for the calculation of the cutoff wavenumbers of coaxial elliptical-circular and circular-elliptical metallic waveguides. The cutoff wavenumbers are obtained through closed-form expressions making the evaluation efficient, and moreover, very accurate even for large values of the eccentricity of the elliptical boundary. The resulting formulas are free of Mathieu functions, including only simple algebraic expressions with Bessel functions, and are valid for every different value of the indices and , corresponding to every higher order or mode. The validation of the method is performed by comparing to the general exact solution. The efficiency and accuracy of our method is presented by illustrative examples. Numerical results are given for the cutoff wavenumbers of various higher order modes.
“…an elliptical dielectric cylinder [12] or the scattering by an elliptical dielectric cylinder having a circular metallic core [13]. Nonetheless, the scattering problems require a straightforward solution of nonhomogeneous matrix equations, unlike the waveguide problems where the roots of homogeneous matrix equations must be determined.…”
Section: Introductionmentioning
confidence: 99%
“…Nonetheless, the scattering problems require a straightforward solution of nonhomogeneous matrix equations, unlike the waveguide problems where the roots of homogeneous matrix equations must be determined. Thus, the circular-elliptical geometry of the present work can be considered as an extension of [13], where the roots of the corresponding matrix equations are determined. In [14], an attempt was made for the calculation of the cutoff wavenumbers in coaxial elliptical-circular and circular-elliptical metallic waveguides, but the results in that paper turn out to be ambiguous, as it can be concluded from the numerical results of this paper.…”
In this paper, we propose an efficient method for the calculation of the cutoff wavenumbers of coaxial elliptical-circular and circular-elliptical metallic waveguides. The cutoff wavenumbers are obtained through closed-form expressions making the evaluation efficient, and moreover, very accurate even for large values of the eccentricity of the elliptical boundary. The resulting formulas are free of Mathieu functions, including only simple algebraic expressions with Bessel functions, and are valid for every different value of the indices and , corresponding to every higher order or mode. The validation of the method is performed by comparing to the general exact solution. The efficiency and accuracy of our method is presented by illustrative examples. Numerical results are given for the cutoff wavenumbers of various higher order modes.
“…Another attempt for obtaining analytical formulas for the cutoff wavenumbers of coaxial elliptical-circular and circular-elliptical metallic waveguides was made in [30], although some of the results in that paper turn out to be ambiguous. Apart from the problem of the calculation of the cutoff wavenumbers, closedform methods were also applied in the solution of scattering problems, like the scattering from an elliptical dielectric cylinder [28], or the scattering from an elliptical dielectric cylinder having a circular metallic core [29]. Nonetheless, scattering problems require the straightforward solution of a non homogeneous linear system of equations, contrary to waveguiding problems where a homogeneous system is obtained and the roots of its determinant must be evaluated.…”
Section: περίληψηmentioning
confidence: 99%
“…Με αυτό τον τρόπο, οι συγγραφείς της [26] εξήγαγαν εκφράσεις σε κλειστή μορφή για τα μήκη κύματος αποκοπής ενός απλού ελλειπτικού μεταλλικού κυματοδηγού, ενώ στην [27] αποκτήθηκαν εκφράσεις κλειστής μορφής για τους κυματαριθμούς αποκοπής ελλειπτικών διελεκτρικών κυματοδηγών. Η ίδια μέθοδος έχει εφαρμοστεί και για τη λύση, σε κλειστή μορφή, προβλημάτων σκέδασης από διατάξεις ελλειπτικών διηλεκτρικών κυλίνδρων απείρου μήκους [28,29]. Η διαφορά έγκειται στο ότι τα προβλήματα σκέδασης οδηγούν σε μη ομογενή γραμμικά συστήματα εξισώσεων, ενώ τα προβλήματα κυματοδήγησης οδηγούν σε ομογενή συστήματα, η ορίζουσα των οποίων τίθεται ίση με μηδέν προκειμένου να ανακτηθούν οι κυματαριθμοί αποκοπής.…”
Section: διάδοση σε ελλειπτικούς κυματοδηγούςunclassified
Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται την επίλυση ηλεκτρομαγνητικών προβλημάτων συνοριακών τιμών σε ελλειπτικές κυλινδρικές και σφαιροειδείς γεωμετρίες. Ως εκ τούτου, το περιεχόμενο της αναπτύσσεται σε δύο θεματικούς άξονες: ο πρώτος περιλαμβάνει τη μελέτη της διάδοσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε σύνθετους μεταλλικούς κυματοδηγούς με ένα ελλειπτικό και ένα κυκλικό τοίχωμα, ενώ ο δεύτερος τη μελέτη της ηλεκτρομαγνητικής σκέδασης από ανισοτροπικά σφαιροειδή. Tο πρώτο κεφάλαιο έχει εισαγωγικό χαρακτήρα. Σε αυτό παρουσιάζονται κάποιες γενικές πληροφορίες για τα συστήματα συντεταγμένων και τις ειδικές μαθηματικές συναρτήσεις που χρησιμοποιούνται για την επίλυση προβλημάτων σε ελλειπτικές και σφαιροειδείς γεωμετρίες. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναπτύσσεται μια αποδοτική μέθοδος για τον υπολογισμό των κυματαριθμών αποκοπής ελλειπτικών-κυκλικών και κυκλικών-ελλειπτικών ομοαξονικών μεταλλικών κυματοδηγών. Για μικρές τιμές της εκκεντρότητας του ελλειπτικού τοιχώματος—δηλ., όταν το σχήμα του προσεγγίζει το κυκλικό—, εξάγονται κλειστοί τύποι για τους κυματαριθμούς αποκοπής που έχουν τη μορφή x_{nm}(h)=x_{nm}^{(0)} [1+g_{nm}^{(2)} h^2+g_{nm}^{(4)} h^4+O(h^6)], όπου οι συντελεστές g_{nm}^{(2)} και g_{nm}^{(4)} είναι ανεξάρτητοι της εκκεντρότητας h και δίνονται από απλές αλγεβρικές σχέσεις που δεν απαιτούν τον υπολογισμό των συναρτήσεων Mathieu, ενώ ο όρος x_{nm}^{(0)} αντιστοιχεί στους κυματαριθμούς αποκοπής του κυκλικού ομοαξονικού κυματοδηγού. Αυτές οι αναλυτικές εκφράσεις ισχύουν για κάθε τιμή των δεικτών n και m, κάθε TΜ_{nm} και TE_{nm} ρυθμού υψηλότερης τάξης. Η απόδοση και η ακρίβεια της μεθόδου ελέγχονται μέσω της σύγκρισης με την ακριβή λύση του προβλήματος και δίνονται αριθμητικά αποτελέσματα για διάφορους ρυθμούς υψηλότερης τάξης. Στο τρίτο κεφάλαιο αναπτύσσονται δύο μέθοδοι για τον υπολογισμό της σκέδασης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από σφαιροειδή σώματα με ανισοτροπικές ιδιότητες. Η πρώτη είναι μια γενική μέθοδος πλήρους κύματος που βασίζεται στην έκφραση των πεδίων σε σειρές σφαιροειδών ιδιοδιανυσμάτων. Εφαρμόζοντας τις συνοριακές συνθήκες στην επιφάνεια του σφαιροειδούς, αποκτούμε ένα γραμμικό σύστημα εξισώσεων που δίνει τη λύση του προβλήματος. Η δεύτερη μέθοδος είναι μια τεχνική διαταραχής η οποία, για μικρές τιμές της εκκεντρότητας του σφαιροειδούς—δηλ., όταν το σχήμα του προσεγγίζει το σφαιρικό—, οδηγεί σε απλές αλγεβρικές εκφράσεις της μορφής S(h)=S^{(0)} [1+g^{(2)} h^2+g^{(4)} h^4+O(h^6)], για τον υπολογισμό των διατομών σκέδασης. Οι συντελεστές g^{(2)} και g^{(4)} είναι ανεξάρτητοι της εκκεντρότητας h και των σφαιροειδών συναρτήσεων, ενώ ο όρος S^{(0)} αντιστοιχεί στη σκέδαση από ανισοτροπική σφαίρα. Και οι δύο τρόποι επίλυσης χρησιμοποιούν ένα ειδικό ανάπτυγμα σφαιρικών ιδιοδιανυσμάτων με διακριτούς κυματαριθμούς, για την περιγραφή των πεδίων στην ανισοτροπική περιοχή. Η μέθοδος των σφαιροειδών ιδιοδιανυσμάτων επαληθεύεται μέσω της σύγκρισης της με ανεξάρτητες αριθμητικές τεχνικές και στη συνέχεια χρησιμοποιείται ως αναφορά για τη διερεύνηση της ακρίβειας της μεθόδου διαταραχής. Οι δύο μέθοδοι συγκρίνονται ως προς την απόδοση και δίνονται αριθμητικά αποτελέσματα για διάφορα είδη ανισοτροπίας.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.