On the Calculation of Electromagnetic Fields in Closed Waveguides with Inhomogeneous Filling

Abstract

Кафедра прикладной информатики и теории вероятностей Российский университет дружбы народов ул. Миклухо-Маклая, д. 6, Москва, Россия, 117198 В статье исследуются волноводы постоянного сечения с идеально проводящими стенками и произвольным заполнением. Поставлена и дискретизирована задача об отыскании нормальных мод волновода в полной векторной постановке. В рамках численных экспериментов для нескольких вариантов заполнений вычислены направляемые и эванесцентные моды волновода. Поставлена и дискретизирована задача дифракции нормальной волноводной моды, подающей на стык двух волноводов, сечения которых совпадают, а заполнение на стыке меняется скачком, приведены результаты численных экспериментов для конкретных конфигураций волноводных стыков и вычислены коэффициенты прохождения и отражения направляемых мод. В основу решения системы уравнений Максвелла положена декомпозиция полей при помощи четырёх потенциалов, и в рамках настоящей работы предложен символьно-численный метод, реализующий этот подход. Представленные в работе численные эксперименты показывают, что предложенный подход и метод на его основе позволяют эффективно вычислять различные характеристики волноведущих систем. Об адекватности используемого подхода свидетельствует также результат сравнения полученных результатов с результатами В.В. Шевченко для задачи дифракции на стыке двух открытых волноводов. Символьно-численный метод, используемый в работе, реализован в системе компьютерной алгебры Maple, в частности расчёты матричных элементов в рамках неполного метода Галёркина проведены в символьном виде для ускорения дальнейших расчётов с использованием численных методов.

Calculation of the normal modes of closed waveguides

“…The second approach is based on the application of the recently proposed four potential method [30]. Numerical calculation is performed using the incomplete Galerkin method [33].…”

“…But even in the case when the permittivity and permeability are described by discontinuous functions, they turn out to be quite smooth functions. The Maple system has developed a symbolic-numerical method for finding normal modes based on a combination of this representation of the field and the incomplete Galerkin method [30], [32], [33]. Comparison of the calculation results with the results obtained using the mixed finite element method was significantly complicated by the lack of a public version of the finite element implementation.…”