Electromagnetic diffraction from cavities and wedge and transmission through slots is an old one and has been considered by many researchers. The reason for it is because the determination of scattered field due to the presence of cavities, slot and wedge is a very real problem. Such geometries occur in a number of applications, such as cavities backed slot antennas, microstrip line to slot coupling for microwave lens antennas. Research has shown that such cavities, slots can significantly change the scattered field and thus its RCS (Radar Cross Section).
In general, because most problems are dependent on their geometries in the areas of microwave society, various geometries has been considered to improve antenna beam pattern and bandwidth of waveguide, control RCS by many researchers. Elliptic geometries have also been used to shape the beam patterns of elliptic cavity backed slot antenna and slot coupled lens antennas.
In this dissertation, fast convergent and efficient rigorous solutions based on Mode Matching Method (MMT) and Mathieu functions, wave functions in the elliptic coordinates, are presented for electromagnetic scattering from elliptic cavities, slots and an edge in a convex conducting body. These solutions are fast convergent and more general than those based on circular cylindrical wave functions. Furthermore, a new kind of dual mode filter using elliptic ring resonator is also presented for rejection of image frequency at 2.4 and 2.8 GHz bands.
This dissertation consists of four parts.
First, electromagnetic diffracted solutions for an elliptic cavity with/without slot are formulated for a plane wave incidence. The total fields consist of incidence, reflected and diffracted fields. And diffracted fields is represented in terms of transmitted field inside elliptic dielectric cylinder and diffracted field satisfying the radiation condition. The difference between an elliptic cavity backed slot and a cavity without a slot is presented with the far field and near field patterns.
Second, electromagnetic transmitted fields for a slot separating two different media, an elliptic lens loaded slot and two slots in a perfectly conducting plane are formulated for plane wave and line source illumination. The convergence of the solutions is investigated and transmission coefficients for slot size and eccentricities of the elliptic lens are presented.
Third, electromagnetic scattered fields for finite and composite convex wedge with an edge are formulated for a line source illumination. The finite and composite wedge with an edge consists of semielliptic conducting and dielectric cylinders. Complex waves including incident, specularly reflected, edge diffracted and surface diffracted (creeping) fields are presented with the variation of the curvature of the convex body.
Finally, a new kind of dual mode elliptic function filter using elliptic ring resonator is developed. This filter has the improved quality factor than that of published in the previous literature because the perturbing elements such as stub, slit or screw don''t have to be used to couple dual modes. Measured results of the planar type dual mode ring resonator are presented to show the characteristics of the newly developed filter.
전자파 산란 분야에서 공동, 슬랏, 쐐기 문제는 전자파 장해, 회절, Radar Cross Section (RCS)등의 특성을 규명하기 위하여 많이 고려된 문제이다. 본 논문에서는 무한 평판 속의 타원형 공동이 있는 경우, 슬랏이 유전체 매질 속에 있는 경우, 그리고, 반타원형 실린더가 있는 경우에 대하여 평면파와 선전원이 입사했을 때, 전자파 산란, 투과 및 회절 현상을 모드 정합법을 이용하여 정확하게 해석 하였다. 그리고, 타원형 공진기를 이용한 평면형 이중 모드 필터를 설계하고 제작하였다.
첫째, 공동 문제는 공동을 가지는 안테나의 수신 특성과 RCS 특성을 유추하기 위하여 많이 고려되어 졌다. 이 경우 수치 해석적인 방법은 공동의 내부 공진 모드 근처에서 부정확한 해를 제시하기 때문에, 다양한 구조에 대해 ray mode expansion과 같은 여러 가지 방법을 이용한 해석이 제시되었다. 제 2장에서는 타원형 공동에 슬랏이 있는 경우와 없는 경우의 해를 타원형 모드 함수를 이용하여 해석적인 급수의 형태로 표현하였고, 내부의 공진 모드가 원에서 타원으로 변함에 따라서 어떤 현상이 나타나는지 규명하였다.
둘째, 다른 두 매질 속에 슬랏과 무한 평판 속의 두 개의 슬랏의 문제는 EMI 및 EMC의 현상을 규명하는데 중요한 문제로써, 여러 가지 해석 방법이 발표되었다. 3장에서는 타원형 모드를 이용함으로써 기존에 발표된 해석 방법에 비해 빠른 수렴 속도를 가지는 해를 제시하였다. 또한 선전원과 평면파가 입사되었을 때, 슬랏에 타원형 유전체가 있는 경우에 대하여 타원의 이심율을 변화시키면서 투과파의 특성과 투과 계수를 제시하였다.
셋째, 두 면이 모두 평면인 도체 쐐기는 두 개의 평면이 만나는 edge에서의 회절파만 고려하면 되지만, 면이 평면이고 다른 면이 곡률을 가지는 도체 쐐기의 문제는 곡률이 있는 면에서 표면을 따라서 회절되는 creeping wave가 존재하기 때문에 마이크로파 연구분야에서 많은 관심을 가지는 중요한 문제이다. 4장에서는 edge를 가지는 곡률이 있는 면이 타원인 경우 크기가 유한한 도체 쐐기에 대한 해석적인 해가 처음으로 해석되었다. 곡률이 있는 면에 수직인 경우와, 평면을 따라서 평면파와 선전원이 입사하는 경우에 대한 산란 특성이 제시되어진다. 이와 같은 문제는 회절 계수의 개발에 benchmark로 사용할 수 있을 것이다.
마지막으로, 90년대 초에 High Temperature Superconducting (HTS) 기판이 개발되면서 현재 이동 통신과 위성 통신에 이용하기 위하여 많은 사람들이 연구하는 필터중의 하나가 평면형 마이크로스트립 필터이다. 이 필터에 대한 연구 분야는 duroid나 teflon 기판을 사용한 새로운 구조의 필터을 제시하거나 HTS를 사용하여 필터를 설계하는 방법이 주류를 이루고 있다. 5장에서는 타원형 공진기의 이중 모드 특성을 이용하여 타원 함수의 특성을 가지는 새로운 필터가 제시된다. 필터의 해석은 타원형 모드 함수와 magnetic wall modeling을 이용하였고, teflon 기판을 사용하여 2.4 GHz와 2.8 GHz 대역에서 필터의 특성을 측정하였다.
