Plane wave incidence to a cylindrical frequency selective surface comprising of metal strips

Abstract

ÖZETDÜZLEMSEL DALGANIN METAL ŞERİTLERDEN OLUŞMUŞ BİRSİLİNDİRİK FREKANS SEÇİCİ YÜZEYDEN SAÇILIMIUZER, AliDoktora Tezi, Elektrik Elektronik Mühendisliği BölümüTez Yöneticisi: Prof. Dr. Tuncay EGEMayıs 2005, 128 sayfaBoşlukta duran yada dielektrik bir madde üzerine dizilmiş metal şeritlerden saçılanelektromanyetik dalgalar incelendi. Formüllerde saçılan dalgalar Floquet modlarınınbilinmeyen katsayılı sonsuz toplamları cinsinden yazıldı. Daha sonra bu bilinmeyenkatsayılar sınır şartları uygulanarak bulundu. Moment metot çözümlerinde bazfonksiyonları olarak tüm bölge sinüs fonksiyonları kullanıldı ve sayısal çözümlerelde edildi. Moment metot matrislerinin hesaplamaları yapılırken sonsuz toplamlarınyavaş yakınsadığı görüldü ve yakınsama hızlarının arttırılması gerektiği anlaşıldı. Butür durumlarda sorunu gidermenin bir yolu baz fonksiyonları olarak alt bölgefonksiyonları kullanmaktır. Diğer bir yol ise baz fonksiyonları olarak tüm bölgefonksiyonları kullandıktan sonra sonsuz toplamların yakınsama hızlarını arttıracakbir hız arttırıcı metot kullanmaktır. Çalışmada ikinci yol seçilerek uygun biryakınsama hızlandırıcı metot geliştirildi. Kummer metoduna dayalı olan yenihızlandırıcı metot sayesinde Moment metot çözümlerinde ortaya çıkan sonsuztoplamlar rahatça hesaplanabilmektedir.Elde ettiğimiz sonuçlarda dielektrik katman kalınlığının metal şeritlerdenelektromanyetik dala saçılma özelliklerini çok etkilediği görüldü. Ayrıca katmankalınlıklarının sebep olduğu bazı rezonans frekansları tespit edildi ki bu frekanslardasilindirik yapı neredeyse hiç saçılma yapmamaktadır. Böyle bir özellik radar yadaanten uygulamalarında çok kullanışlı olabilir.vAnahtar kelimeler: Silindirik Frekans Seçici Yüzey, Silindirik Yapı, SilindirikFloquet Modları, Sonsuz Toplam Yakınsama Hızlandırıcı, Kummer Metodu,Saçılma, Radar Genişliği.vi

ABSTRACTPLANE WAVE INCIDENCE TO A CYLINDRICAL FREQUENCYSELECTIVE SURFACE COMPRISING OF METAL STRIPSUZER, AliPh.D. in Electrical and Electronics EngineeringSupervisor: Prof. Dr. Tuncay EGEMay 2005, 128 pagesScatterings from circular cylindrical structures comprising of free-standing ordielectric shell backed metal strips are considered. When formulating the problem,the scattered waves are written as infinite sums of cylindrical Floquet modes withunknown weighting coefficients. The weighting coefficients are then determined byusing boundary conditions appropriate for the problem. Numerical results areobtained by applying the Moment method (MM) techniques whereby entire domainsinusoidal basis functions are used. The infinite sums appearing in MM solutions arefound to be slowly convergent. When solving the problem by a MM technique, theinfinite sums should be handled properly in order to circumvent slow convergencedifficulties. One approach in such a case is to use sub-domain basis functions inconjunction with a conjugate gradient fast Fourier transform method. Anotherapproach is to use entire-domain basis functions together with a convergenceacceleration method. Here, we follow the second approach and give an appropriateconvergence acceleration method. It is shown that the resulting infinite sums of theMM solutions can be very efficiently computed by employing a new convergenceacceleration technique based on Kummer?s method.Results reveal that the thickness of the dielectric shell strongly affects thescattering properties of conducting strips. Moreover, resonances are detected at somespecific frequencies where the structure becomes almost invisible to an observer.iiiSuch properties of cylindrical structures may be very useful in radar applications orantenna applications.Keywords: Cylindrical Frequency Selective Surface, Cylindrical Structures,Cylindrical Floquet Modes, Convergence Acceleration, Kummer?s Method,Scattering, Radar Cross Section.iv