[pt] Esta tese apresenta uma solução semianalítica para a modelagem eletromagnética de estruturas guiadas com simetria cilíndrica no domínio da frequência. A técnica apresentada permite que uma classe abrangente de guias de ondas, acopladores, filtros, entre outros, sejam projetados de forma acurada e com custo computacional muito pequeno em termos de tempo de processamento e memória quando comparado com outras técnicas baseadas em diferenças finitas ou elementos finitos. Neste trabalho, a modelagem de estruturas guiadas relativamente complexas foi realizada usando uma decomposição em subdomínios computacionais nos quais conhecemos uma solução analítica para o problema de contorno associado.
Em uma segunda etapa, as condições de contorno de acoplamento entre os subdomínios foram então impostas por meio da conservação da reação e o formalismo do método do casamento de modos. Como consequência, obtemos uma solução analítica para o problema da conexão entre guias de ondas compostos por seções circulares e coaxiais acopladas. Ao nosso conhecimento, a formulação matemática desenvolvida para o acoplamento entre subdomínios circular e coaxial é inédita, e unifica vários modelos de acoplamento modais conhecidos até então sob um formalismo generalizado. Apresentamos uma série de resultados de validação que demonstram que a técnica introduzida neste trabalho permite modelar de forma acurada e
eficiente uma vasta classe de estruturas guiadas. Em adição, uma formulação matemática complementar foi introduzida para a descrição do acoplamento ortogonal entre as estruturas circulares e coaxiais acopladas com guias retangulares. Uma descrição criteriosa sobre as dificuldades matemáticas e suas consequências para a implementação numérica é também apresentada. / [en] This dissertation presents a semi-analytic solution for the electromagnetic wave modeling in guided structures with cylindrical symmetry in the frequency domain. The technique presented herein
allows that a comprehensive class of waveguides, couplers, filters, among others microwave devices, to be designed accurately, and with relatively low computational cost in terms of CPU processing time and RAM
memory when compared to other numerical methods based on the finite-difference or finite-element discretization of Maxwell’s equations. In this work, the electromagnetic modeling of a relatively complex
guided structure was performed by using successions of computational subdomain decompositions, in which we know an analytic solution for each associated subdomain boundary problem. In a second step, the coupling boundary conditions between the subdomains were then enforced by means of the conservation of the reaction and the formalism of the mode-matching technique. As a result, we were able to obtain an analytical solution for the coupling problem of the waveguide composed
by circular and coaxial sections. To the best of our knowledge, the mathematical formulation developed for the coupling between circular and coaxial subdomains is an original unprecedented scientific contribution,
and it unifies several modal-coupling models known hitherto under a generalized formalism. We present a series of validation results showing that the technique introduced in this work can model accurately and
efficiently a comprehensive class of electromagnetic waveguide devices. In addition, a supplementary mathematical formulation was introduced for describing the orthogonal coupling between the circular/coaxial structures with rectangular waveguides insert ports. A painstaking description
of the mathematical difficulties and their consequences for numerical implementation is presented as well.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:51623 |
| Date | 01 March 2021 |
| Creators | ANDRE LUIZ DOS SANTOS LIMA |
| Contributors | JOSE RICARDO BERGMANN |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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