Electromagnetic scattered field analysis of 2D wedge geometries with HFA techniques and FDTD method

Abstract

In this thesis, electromagnetic scattered field analysis of two dimensional non-penetrable wedge geometry have been investigated with both high frequency asymptotic techniques (HFA) and finite difference time domain (FDTD) method. Among HFA techniques, Physical optics (PO), Physical theory of diffraction (PTD), Unified theory of diffraction (UTD), Parabolic equation (PE), Exact series and Exact integral methods are applied to inspect electromagnetic scattering behavior of two dimensional non-penetrable wedge geometry analytically. As a numerical technique, finite difference time domain (FDTD) method and the important aspects in its implementation are explained briefly. Also, absorbing boundary conditions and modeling issues are investigated. Meshing algorithm is developed to reduce staircase modeling errors which is formed by the application of standard Yee algorithm. In order to show the qualification of FDTD method, some examples are presented with HFA results. A novel Matlab based softwares WEDGE GUI and WEDGE FDTD GUI are also presented with thesis. The former was developed to analyze two dimensional perfect electric conductor (PEC) wedge geometries with various HFA methods. The latter was developed to analyze same geometry with finite difference time domain (FDTD) method. Source codes of these programs can be found in the CD given with this thesis.

Bu tezde, kusursuz iletken yapıdaki üçgensel objelerden oluşan elektromanyetik saçılım alanları, yüksek frekans asimtotik teknikleri ve zaman domeninde sonlu farklar yöntemi ile incelenmiştir. Yüksek frekans asimtotik tekniklerden, fiziksel optik, fiziksel difraksiyon teorisi, birleştirilmiş difraksiyon teorisi, parabolik denklem, seri ve integral metotları bu tip problemleri analitik olarak analiz etmek için uygulanmıştır. Bir numerik teknik olan zaman domeninde sonlu farklar metodu ve bu metodun uygulanması da bu tez içerisinde detaylı bir şekilde anlatılmıştır. Yutucu sınır koşulları ve modelleme sorunları da ayrıca incelenmiştir. Standart Yee algorithmasının uygulanmasından dolayı oluşan modelleme hatalarını düşürmek için, hücreleme algorithması geliştirilmiştir. Zaman domeninde sonlu farklar yönetiminin sonunçlarının doğruluğunu göstermek için birkaç örnek yüksek frekans asimtotik yöntemlerinin sonuçları ile birlikte verilmiştir. Bu tez kapsamında, WEDGE GUI ve WEDGE FDTD GUI adında iki yeni matlab tabanlı program sunulmuştur. WEDGE GUI, 2 boyutlu kusursuz iletken üçgensel objeleri çeşitli yüksek frekans asimtotik teknikler ile kolay bir şekilde analiz etmek için geliştirilmiştir. WEDGE FDTD GUI ise aynı geometriyi zaman domeninde sonlu farklar yöntemi ile analiz etmek için tasarlanmıştır. Bu programların kaynak kodları tez ile birlikte verilen CD içerisinde bulunabilir.