This paper presents the use of an integral operator formulation approach to wave propagation in uniform hollow conducting waveguides of arbitrary cross section. Cutoff wavenumbers, wall currents, and modal field distributions are obtained from this formulation using the method of moments. Waveguides with simply or multiply connected cross sections of any shape including septum can be accepted. The expansion functions at the junction in terms of the tree representation are suggested and applied to calculate the cutoff wavenumbers, wall currents, and modal field distributions for the waveguides with a septum of zero thickness. Treatments of septum for both TM and TE modes are discussed. The suggested expansion functions are used to calculate the charge densities and equipotential lines on the transmission lines with the junction.
Two methods, null positioning and root finding, are considered to determine the cutoff wavenumbers. We have shown that these two independent methods, actually, yield the same solutions. By finding the complex roots of the determinant for the eigenvalue equation, convergence estimation on the computed cutoff wavenumbers are made to show the convergence characteristics with respect to the number of employed expansion functions.
Cutoff wavenumbers, etc. are numerically calculated for cylindrical waveguides, with and without septum, rectangular waveguides, a coaxial cable, and compared with exact solutions to validate the accuracy of this method. This method is also applied to a single ridge and quadridge waveguide involving complicated shapes that do not lend themselves to exact solutions.
벽면이 도체로 이루어진 임의 단면 도파관 내부의 전자파 전파 특성을 적분방정식을 이용하여 해석하였다. 이 적분방정식에 수치해석 기법의 일종인 모멘트 법을 적용하여 도파관의 전자파 전파 특성을 결정짓는 차단파수, 벽면전류 및 전자장 분포를 계산하였다. 접합이 있는 도파관의 해석을 위하여 나무 표현법을 제안하므로서 임의 단면을 갖는 도파관 해석을 가능하게 하였다. 또한 제안된 해석법을 마이크로스트립 선로에 적용하여 이 선로의 전하밀도 및 등전위선을 계산하므로서 제안된 방법의 유용성을 보였다. 본 해석기법은 일반화 및 통합된 방법으로서 단면이 단순 연결 형태, 다치 연결 형태 및 영두께 도체가 삽입된 도파관등 어떤 형태의 도파관 구조에도 적용 가능하였다.
도파관 내부의 전자파 전파 특성은 차단파수에 의존하므로 수치계산된 차단파수의 정확도가 중요하다. 이를 위하여 계산에 사용된 행열의 차수에 따라서 근사적으로 계산된 파수가 참값에 어떻게 수렴하는지의 수렴특성을 해석하였다. 이를 통하여 엄밀해가 알려지지 않는 도파관에 대해서도 수치계산된 결과해의 정확도를 추정할 수 있었다.
엄밀해가 알려진 도파관 구조에 본 해석법을 적용하여 얻은 차단파수등을 엄밀해와 비교하므로서 본 방법의 타당성 여부 및 결과해의 정확성을 검토하였다. 또한 차단파수 및 벽면전류의 수치 계산시에 이들 양에 포함된 오차가 도파관 내부의 전자장 분포 산출에 주는 영향을 조사하였다.
