Scattering from a chiral cylinder of arbitrary cross-section above a dielectric half-space

Abstract

A simple numerical solution for electromagnetic scattering from a two dimensional (2-D) homogeneous chiral cylinder of arbitrary cross-section placed above a dielectric half-space is presented. The surface equivalence principle and the Method of Moments (MoM) are used to replace the cylinder and the dielectric half-space by unknown equivalent electric and magnetic surface currents. By satisfying the continuity of the electric field's tangential components at the surfaces, a set of electric field integral equations (EFIE) is obtained. Since the dielectric surface is of infinite extent, the conventional MoM cannot be applied directly. Therefore, a perturbation method is used where a strip of finite width approximates the surface of the half-space. Then, this approximate problem is solved numerically with the conventional MoM. Pulses are used as basis functions and Galerkin's method is used for testing. The excitation vector now contains the reflected field from the dielectric half-space in addition to the incident field. Both TM and TEexcitations are treated. Computed numerical results include equivalent currents on the chiral cylinder, perturbed currents on the interface, and the scattered fields for various geometries. Studying various parameters for the chiral material revealed that the extra degree of freedom, chirality admittance, can be used effectively in controlling the radar cross-section (RCS) of the scatterer. However, the scattered fields cannot be predicted by simple theory, hence the need for such a study. Results for some simple problems are presented as well to check the validity of the developed algorithm. Advantages and disadvantages of the proposed method are discussed towards the end.

Dielektrik yarı uzay üzerinde bulunan rastgele kesitli iki boyutlu (2-D) homojen bir kiral silindirden elektromanyetik saçılma problemi için basit bir sayısal çözüm sunulmuştur. Yüzey eşdeğerlik ilkesi ve Moment Yöntemi (MoM) kullanılarak, silindir ve dielektrik yarı uzay bilinmeyen eşdeğer elektrik ve manyetik yüzey akımlarıyla değiştirilir. Yüzeylerdeki elektrik alanın teğet bileşenlerinin sürekliliği sağlanarak, bir dizi elektrik alan integral denklemi (EFIE) elde edilir. İki dielektrik yarı uzayın kesiştiği düzlem sonsuz olduğu için konvansiyonel MoM direkt tatbik edilemez. Bu nedenle, pertürbasyon yöntemi kullanılarak sonsuz arayüzey sonlu genişlikte bir düzlem ile değiştirilir. Bu yaklaşık problem geleneksel MoM ile çözülür. Temel fonksiyonlar olarak darbe fonksiyonu, test için Galerkin Metodu kullanılır. Uyarma vektörü, gelen alana ek olarak cismin olmadığı durumdaki dielektrik yarı uzaydan yansıyan alanı da içermektedir. Her iki TM ve TE düzlem dalga uyarımları kullanılmaktadır. Hesaplanan sayısal sonuçlar, kiral silindirdeki eşdeğer akımları, arayüzdeki pertürbasyon akımları ve çeşitli geometriler için saçılan alanları içerir. Cismin kiralite parametresinin incelenmesi sonucunda, kiralitenin, saçıcının radar kesitini (RCS) kontrol etmede etkili bir şekilde kullanılabileceği ortaya çıkmıştır. Saçılan alanlar basit bir teori ile hesaplanamayacağı için böyle bir çalışmaya gerek duyulmuştur. Geliştirilen algoritmanın geçerliliğini kontrol etmek için bazı basit problemlerin sonuçları da sunulmaktadır. Önerilen metodun avantajları ve dezavantajları tartışılmıştır.