Coaxially fed monopoles in waveguides are important feeding structures in microwave and millimeter wave frequencies. Therefore, it would be of practical interest to obtain analytic solutions for a variety of coaxial-waveguide junction structures. They are not only mathematically tractable but also give a physical insight into the scattering mechanism. This thesis presents such analytic solutions for various coaxial-waveguide junction structures. The analysis method is based on the Fourier transform, mode matching, superposition principle, and image method. Residue calculus and Poisson's summation formula are used to represent the solution in a fast convergent series, which is amenable to computations.
In chapter 1, we briefly review the study of coaxially fed monopoles hitherto researched and introduce the need of our research. A theory for coupling between coaxially fed monopoles in a parallel-plate waveguide is presented in chapter 2. The method introduced in chapter 2 is useful to solve the problem of a variety of coaxial-waveguide junction structures. Chapter 3, 4, 5, and 6 show how to apply the solution presented in chapter 2 to the problem of coaxially fed monopoles in a shorted parallel-plate waveguide, rectangular waveguide, shorted waveguides, and rectangular cavity, respectively. In order to apply the solution presented in chapter 2 to a problem of various coaxial-waveguide junction structures, the image method must be invoked beforehand. The image method allows us to transform the problem of various coaxial-waveguide junction structures into the equivalent problem of coaxially fed monopoles in a parallel-plate waveguide. In chapter 7, the problem of two coaxially fed monopoles arranged on the opposite side of a parallel-plate waveguide is solved. Chapter 8 presents the solution for the problem of two coaxial lines cross-coupled to a rectangular waveguide.
Throughout this thesis an $e^{-iwt}$ time convention is assumed.
도파관내에 동축선으로 여기되는 모노폴들은 마이크로파 대역과 밀리미터파 대역에서 흔히 사용되는 급전 구조이다. 이러한 이유로 지난 60여년간 동축선과 도파관이 결합된 구조에 대한 연구는 많은 관심을 받으며 꾸진이 진행되어왔다. 특히 동축선과 도파관이 결합된 구조에 대한 이론적인 해석법은 수학적 접근이 가능할 뿐아니라 물리적 통찰력을 제공한다는 점에서 그 의미가 크다. 본 논문에서는 동축선과 도파관이 결합된 다양한 구조에 대한 이론적인 해석법을 제공한다. 해석법은 푸리에(Fourier) 변환, 모드 정합법, 중첩의 원리, 그리고 영상법에 기반을 두고 있다. 또한 유수정리를 이용하여 산란파에 대한 적분을 수렴이 빠른 급수의 형태로 변환하였고, 포아송의 합공식(Poisson's summation formula)를 사용하여 중첩의 원리를 적용하는 과정에서 발생하는 수렴이 느린 급수의 수렴성을 향상시켰다.
1장에서는 지금까지 발표된 동축선 모노폴에 대한 연구를 간단히 검토한 후 본 논문의 필요성에 대해 소개하였다. 2장은 평행판 도파관내에 동축선으로 급전되는 모노폴들의 결합 특성을 연구하였다. 2장에 제시된 방법은 동축선과 도파관이 결합된 다양한 구조의 해석에 유용하게 사용될 수 있다. 3, 4, 5, 6장에서는 각각 한쪽이 닫힌 평행관 도파관, 구형도파관, 한쪽이 닫힌 도파관, 그리고 구형 공동에 존재하는 동축선 모노폴에 대한 문제들을 2장에 소개된 방법을 통해 해석하는 과정을 보여준다. 동축선과 도파관이 결합된 다양한 구조에 2장에서 소개된 방법을 적용하기 위해서는 영상법을 이용하여 주어진 문제를 평행판 도파내에 동축선으로 급전된 모노폴들로 이루어진 등가적인 문제로 변환하는 과정이 선행되어야한다. 7장에서는 평행판 도파관의 반대방향에서 동축선에 의해 급전되는 두 모노폴에 대한 결합특성을 해석한다. 마지막으로 8장에서는 구형 도파관을 가로질러 존재하는 동축선으로 급전된 모노폴에 대한 특성을 보여준다.
