[pt] Muitos dispositivos e estruturas empregados para guiar ondas eletromagnéticas apresentam conformidade cilíndrica. Aplicações sensíveis de engenharia de micro-ondas e de dispositivos ópticos integrados empregam, muitas vezes, materiais não homogêneos, anisotrópicos e dissipativos, de modo que a pesquisa por modelos computacionais robustos e acurados é um tópico de notável interesse para a Engenharia Elétrica. Este trabalho apresenta uma técnica semianalítica para resolver problemas de valor de contorno associados a guias de onda cilíndricos, anisotrópicos e não homogêneos. Nossa metodologia permite modelar estruturas com camadas radiais, com anisotropia uniaxial, e com perdas. A solução proposta parte das equações de Maxwell para campos harmônicos no tempo, e emprega uma expansão modal em termos da série de Bessel-Fourier. Os autovalores associados ao problema são obtidos por meio do método do winding number, em que diversas abordagens para o cálculo das integrais de caminho no plano complexo são exploradas. Para analisar junções entre guias de ondas estratificados, empregamos a técnica de casamento de modos baseada na conservação da Reação dos campos. Nossa formulação é capaz de avaliar os efeitos da excitação e do acoplamento entre modos puros (TM, TE, e TEM) em guias de ondas homogêneos, bem como dos modos híbridos em estruturas complexas. Uma série de resultados numéricos são apresentados e mostram a capacidade da metodologia desenvolvida nesta pesquisa para caracterizar corretamente estruturas cilíndricas compostas por meios complexos (não homogêneos, anisotrópicos e dissipativos) de forma robusta e computacionalmente eficiente se comparado com outras técnicas convencionais de eletromagnetismo computacional. / [en] Many devices and structures used to guide electromagnetic waves are conformal with the cylindrical coordinates. Sensitive applications of microwave engineering and integrated optical devices often use non-homogeneous, anisotropic and dissipative materials, so that the research for robust and accurate computational models is a topic of remarkable interest for Electrical Engineering. This work presents a semi-analytical technique for solving boundary-value problems associated with cylindrical, anisotropic, and non-homogeneous waveguides. Our methodology allows us to model structures with radial layers, with uniaxial anisotropy, and with losses. The proposed solution starts from Maxwell s equations for time-harmonic electromagnetic fields and employs a modal expansion in terms of the Bessel-Fourier series. The eigenvalues associated with the problem are obtained using the winding number method, in which several approaches for calculating complex-plane contour integrals are explored in detail. In order to properly analyze the junctions between sections of stratified waveguides, we employ a mode-matching technique based on the conservation of the Reaction of the fields. Our formulation can handle the effects of excitation and coupling between pure modes (TM, TE, and TEM) in homogeneous waveguides, as well as hybrid modes in complex structures. A series of numerical results are presented and show the capacity of the methodology developed here to correctly characterize cylindrical structures composed of complex media (inhomogeneous, anisotropic, and dissipative) in a robust and computationally-efficient fashion if compared to other conventional computational electromagnetic techniques.

[pt] Os sistemas eletromagnéticos de telemetria através de formações geológicas têm sido cada vez mais estudados na última década devido às importantes aplicações de engenharia para a indústria de exploração de óleo e gás. Várias técnicas computacionais puramente numéricas têm sido utilizadas para modelar esses cenários. No entanto, elas exigem um tratamento ardiloso para às bruscas mudanças na condutividade elétrica presente nas formações geológicas. Além disso, o custo computacional necessário para o processo de discretização é muito grande, e as instabilidades em baixas frequências se tornam críticas para problemas em que largas escalas estão envolvidas. Esta pesquisa apresenta uma formulação semianalítica para analisar a propagação dos campos eletromagnéticos em um meio estratificado, dissipativo, e com anisotropia biaxial. A solução proposta emprega uma nova abordagem no domínio espectral onde uma integral baseada na transformada de Hankel é apresentada para modelar a propagação de ondas devido a fontes de corrente do tipo anel com simetria azimutal. O método proposto é empregado para a análise de cenários geofísicos análogos aos do Pré-Sal brasileiro, onde rochas carbonáticas de alta condutividade são predominantes. Além disso, o efeito das formações do pré e pós-sal nos campos eletromagnéticos e sua interação com o tubo metálico que reveste o poço de petróleo é então computado para ambientes isotrópicos e anisotrópicos. É apresentada uma série de resultados de validação que mostram que a técnica proposta é numericamente estável, robusta e computacionalmente eficiente para modelar vários problemas representativos de telemetria sem fio em poços de petróleo. / [en] Electromagnetic telemetry systems through complex geological formations have been increasingly investigated in the last decade due to important engineering applications for the oil and gas industry exploration. Many brute-force computational electromagnetic techniques have been used for modeling this scenario. However, they require a tricky treatment of the large conductivity contrasts present in the soil formations. Also, high-cost computational resources are required for the discretization process and the low-frequency instabilities become critical for such large-scale problems. This research presents a semi-analytic formulation for analyzing the electromagnetic field propagation in a biaxially anisotropic and lossy stratified media. The proposed solution employs a novel spectral domain approach where a Hankel-based integral transform is introduced for modeling wave propagation due to azimuthally symmetric current loop sources. The proposed method is employed for analyzing geophysical scenarios analogous to those of the Brazilian Pre-Salt, where high conductivity carbonate rocks are prevalent. Also, the effect of the pre and post-salt formations on the electromagnetic fields and its interaction with the metallic casing of an oil well is then computed for both isotropic and anisotropic environments. It is presented a series of validation results which show that the proposed technique is numerically stable, robust and computationally efficient for modeling several representative problems of wireless oil well telemetry.