The solution for various waveguide types such as bend, double bend, and folded short are obtained in analytic forms. Bends are essential devices in virtually all waveguide microwave systems, such as radar seekers, satellite beam-forming networks. The derivation from T-junction to bend is also included. The analysis for double bend in microwave system can be extended to the very small device where quantum effect occurs, since a similarity exists between Helmholtz equation and Schrodinger equation. A folded short in rectangular waveguide is often used in waveguide design when a space limitation does not allow the use of a standard waveguide short. A fast-converging series solution for scattering from the folded short is obtained and its characteristics are presented. The scattering characteristics for H-plane and E-plane shorts are included with the results of the other methods. The mode-matching technique is used to enforce the boundary conditions and the residue calculus is utilized to obtain the scattered field in rapidly-convergent form.
In chap. 2, we analyze the various type of waveguide using the Fourier sine transform when the TE-wave is incident. Chap. 3 describes the Fourier cosine transform in case of the incident TM-wave. In chap. 4, we discuss the scattering and mutual coupling from slits in thick parallel conducting screens. Electromagnetic scattering from slits in two parallel conducting screens has been extensively studied for its practical applications to EMI/EMC/EMP. More extensive theoretical works were performed using the Wiener-Hopf techniques and the moment-method. The purpose of the investigation in chap. 4 is to study the behavior of scattering from a finite number of slits in thick parallel conducting screens and to investigate the radiation field and mutual coupling between two waveguides having the same axis. The analysis of this chapter can be extended to a scattering problem having a transverse shift. The simple transmission line theory is used to describe the resonant behavior at low-frequency regime. In chap. 5, we introduce the flanged parallel-plate waveguide radiating into a dielectric slab. The importance of this structure is to investigate the effect of radomes on the radiation characteristics of flush mounted antennas. The effects on aperture admittance induced by the presence of dielectric slab are of considerable interest to the antenna designer. The numerical evaluations are performed to illustrate the radiation behavior in terms of the aperture size, frequency, and slab-geometry. The analysis can be applied to biochemical and medical systems using microwaves. The analysis can be also used to predict the permittivity of the unknown materials by measuring the reflection or transmission coefficient of two open-ended, rectangular waveguide.
지금까지 radar seeker, satellite beam-forming network 등과 같은 실질적인 모든 waveguide micro system에 있어서 반드시 필수적인 성분들은 waveguide bend 들이다. Return loss를 줄이기 위해서 bend의 설계와 해석들을 CAD tool로 개발하는 것도 중요하다. 이러한 구형도파관의 해석은 오래 전부터 방법들을 달리하여 연구되어져 왔다. 그 중의 몇 가지는 FDTD, segmentation technique, 또 bend가 없는 구조로 변환하는 conformal mapping technique, boundary integral equations, equivalent circuit 등등 많이 있으며 최근에는 full-bend curved waveguide bend에 대해서 telegrapher's equation을 사용하여 해석하고 있다. 제 2,3장에서는 right-angle waveguide의 해를 해석적인 급수의 형태로 표현하고자 한다. 이러한 구조의 확장체로서 double bend를 예로 들 수 있는데 이것은 device size가 nano scale 정도로 작아진다면 중요시 되어야 할 양자역학의 quantum effect가 나타나므로 이러한 device의 자세한 해석은 phase coherent length 정보를 가지는 전자의 동작을 묘사하는 양자역학을 살펴봄으로써 전자파의 현상을 유추할 수 있다는 것이다. 그리하여, 이러한 해석은 quantum-well structure와 같은 heterojunction interface의 존재로 인한 양자구속을 나타내는 반도체 device에 응용될 수 있다.
그 다음으로 bend의 확장체로서 제 2, 3장에서 언급하고 있는 folded short waveguide이다. 이것은 공간적인 제한으로 인해서 standard waveguide short를 사용할 수 없을 때 도파관 설계에 이용될 수 있다. 해석을 위해서는 mode-matching과 여기에 경계조건을 부여하고 residue calculus를 이용함으로써 빠르게 수렴하는 형태의 산란계를 얻을 수 있다. 제4장에서는 두께를 가지는 병렬도체 슬릿으로부터 일어나는 산란과 상호간섭(mutual coupling) 현상을 논하고 있다. 이것의 실질적인 응용은 EMI/EMC/EMP와 마이크로웨이브와 관련된 분야에서 이용되는 것으로 이러한 구조체의 산란특성의 이해는 photolithography의 planar 기술에서 mask와 photoresist 사이의 자외선의 전달특성을 규명하는데 유용하며 임으로 종단된 두 개의 도파관 사이의 상호간섭 현상을 살펴보는데 이용된다. 또 이 논문의 비교 data로는 슬릿간의 거리가 먼 경우는 비교적 정확한 해를 구할 수 있는 Wiener-Hopf 방법과의 비교를 보여줌으로써 타당성을 보였다. 특히 이 장의 해석은 두 개의 슬릿의 중심간의 거리가 영인 zero-offset point로부터 횡방향으로 거리를 가질 때 일어나는 현상까지 확장되고 있다. 또 이 장에 해당하는 부록에는 이 때 나타나는 표현식을 더욱 구체적으로 분석함으로서 그 식들의 실체를 규명하도록 노력하였다. 또 저주파수 영역에서 일어나는 투과계수의 공진현상도 간단한 전성선 이론을 이용함으로서 설명된다. 제5장에서는 플란지 도파관으로부터 유전체로의 복사현상에 대해서 언급하고 있다. 유전체에 의해 둘러싸인 도파관으로부터의 복사는 flush-mounted antenna의 복사특성에 미치는 radome의 효과를 연구하는 것과 관련되는 것으로 많은 주목을 끌고 있다. 특히 near-field에 산란체가 존재함으로서 생기는 aperture admittance의 변화는 안테나 설계자에게는 상당한 관심의 대상이 되고 있다. 이 때 나타나는 중요한 측정대상으로는 aperture에서의 전자계, 반사계수, 복사패턴, surface wave 발생율 등등이다. 또 TM-wave의 경우에는 구조체의 근사식을 이용함으로서 실질적인 device (구형도파관 WR90)를 이용한 실험결과(reference)와 일치함을 보여줌으로서 근사식의 타당성을 보이며, 이러한 것들을 전송선 등가모델로 도식화함으로서 field의 현상을 다른 측면에서 볼 수 있도록 하였다.
