[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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:49660 |
| Date | 29 September 2020 |
| Contributors | GUILHERME SIMON DA ROSA, GUILHERME SIMON DA ROSA, GUILHERME SIMON DA ROSA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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