Scattering from a chiral cylinder of arbitrary cross-section above a ground plane

Abstract

In this dissertation, a simple, accurate, and efficient solution is presented for the problem of scattering from a chiral cylinder of arbitrary cross-section above a ground plane. Both TM and TE excitations are considered. In theory, scattering from an object above a perfectly conducting (PEC) plane can be found in principle if the image of this object through the PEC is known. Hence, using image theory, the problem of scattering from a cylinder above a PEC plane is reduced to two chiral cylinders in free-space. The surface equivalence principle is used to obtain three different equivalent problems for this two-cylinder problem. Then, the method of moments is used to solve these equivalent problems numerically. The moment matrix for this two-cylinder problem is unnecessarily large. It is known that the image of a chiral body through a ground plane is another chiral body with the same permittivity and permeability but opposite chirality. Using this property, the two-body problem in the image method may be reduced to a one-body problem with a complicated moment matrix. This procedure is named the Enhanced Moment Matrix. To verify the property of the image of a chiral body, first, three canonical problems are solved exactly using analytical techniques. It is verified that the image of a chiral body above a PEC plane is a chiral body with the same permittivity and permeability. However, the real chiral admittance of the image body is negative of the chiral admittance of the original body. Computed numerical results include scattered fields and equivalent surface currents on the cylinder. Various parametric analyses are conducted to study the effect of chirality admittance on the scattered fields. Furthermore, some advantages and drawbacks for the proposed formulation and their solutions are briefly discussed.

Bu tezde, mükemmel iletken (PEC) bir yer düzleminin ̈uzerinde keyfienine kesite sahip kiral bir silindirden saçılma problemi için basit, doğru ve etkili bir ̧cözüm sunulmuştur. Hem TM hem de TE uyarımları dikkate alınmıştır. PEC düzlemi ̈uzerindeki bu nesnenin görüntüsü biliniyorsa, bu nesneden saçılma problemi prensip olarak görüntü yöntemiyle ̧cözülebilir. Bu nedenle, görüntü metodu kullanılarak, PEC bir düzleminin üzerindeki bir silindirden saçılma problemi, serbest uzayda iki farklı kiral silindirden saçılma problemine indirgenir. Bu iki silindirli problemden ̈uç farklı eşdeğer problem elde etmek için yüzey denklik prensipleri kullanılır. Daha sonra bu eşdeğer problemleri sayısal olarak ̧cözmek için moment metodu kullanılır. Bu iki silindirli problem için moment matrisi gereksiz yere büyüktür. Kiral bir cismin PEC bir zemin ̈uzerindeki görüntüsünün, aynı elektrik ve manyetik geçirgenliğe ancak zıt kiraliteye sahip başka bir kiral cisim olduğu bilinmektedir. Bu ̈ozelliği kullanarak, görüntü yöntemindeki iki farklı cisim problemi, karmaşık bir moment matrisi ile tek cisim problemine indirgenebilir. Bu prosedür, Geliştirilmiş Moment Matrisi olarak adlandırılır. Kiral bir cismin görüntüsünün ̈ozelliğini doğrulamak için, ilk olarak ̈uç kanonik problem tam olarak analitik tekniklerle ̧cözülmüştür. Bir PEC düzleminin ̈uzerindeki kiral cismin görüntüsünün aynı elektrik ve manyetik geçirgenliğe sahip kiral bir cisim olduğu doğrulanmıştır. Bununla birlikte, kiral cismin görüntüsünün kiralitesi, orijinal cismin kiralitesinin eksi işaretlisidir. Hesaplanan sayısal sonuçlar, saçılan alanları ve silindir üzerindeki eşdeğer yüzey akımlarını içermektedir. Kiralitenin saçılan alanlar üzerindeki etkisini incelemek için çeşitli parametrik analizler yapılmıştır. Ayrıca, önerilen formülasyonun bazı avantajları ve dezavantajları ve bunların ̧cözümleri kısaca tartışılmıştır.