Elektromágneses szóródási modell gömbszimmetrikus problémák számításához

A dolgozatom célja egy analitikus módszer kidolgozása, amely elektromágneses hullámok gömbszimmetrikus testekről való szóródásának leírására alkalmas. A fő célterület az elektromosan nagyméretű tárgyak modellezése és szimulációja. Milliméteres hullámhosszak esetén már például az emberi test sem írható le teljes hullámtani modellekkel, így valamilyen közelítő módszert, illetve analitikus megközelítést kell alkalmazni. Ezek alapján a dolgozat egy modellezési eszközt javasol a fejlődésben lévő milliméteres hullámhosszakat alkalmazó technológiákhoz, úgy mint az autóipari RADAR vagy az újgenerációs mobil távközlő (5G) rendszerek.

A gömbről való szóródás meghatározására a Mie-Debye-elméletet használom, és annak egy kiterjesztését sugár irányban rétegezett gömbök esetére. Az ehhez szükséges számítások numerikus hibája és instabilitása miatt a probléma a mai napig kutatás része. Veszteségmentes dielektromos gömbök esetére léteznek stabil impelmentációk elektromosan nagyméretű gömbökre is [1], viszont veszteséges anyagok esetén nem alkalmazhatóak pontos számításokhoz.

Ezek alapján további megfontolások szükségesek a veszteséges dielektromos gömbök szóródásának pontos számításához, melyre a dolgozatban két módszert mutatok be. Ezen módszerek célja, hogy az eredmény pontosságát előre tudjuk becsülni, amely egy lényeges kérdés numerikusan instabil számítások esetén, viszont az eddigi implementációk nem rendelkeznek ezzel.

A dolgozatban bemutatom a szükséges elméleti hátteret, majd továbbfejlesztem azt a pontosság meghatározásához. Az implementációt Matlab környezetben végzem.

Az így kapott modell ellenőrzéséhez egy alkalmazási példán keresztül végzek összehasonlításokat numerikus számítások eredményeivel (végeselem módszer). Erre a célra az emberi fejet modellező kétrétegű gömböt használom, amely egy homogén reprezentációja az agynak és a koponya csontoknak [2]. Az ehhez hasonló vizsgálatok gyakoriak mind a mobil távközlés területén (Fajlagosan elnyelt teljesítmény, SAR), mind a radartechnikában (Radarkeresztmetszet, RCS).

[1] R. A. Shore, "Scattering of an Electromagnetic Linearly Polarized Plane Wave by a Multilayered Sphere: Obtaining a computational form of Mie coefficients for the scattered field.," IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 57, pp. 69--116, 2015.

[2] C. Gabriel, “Compilation of the dielectric properties of body tissues at rf and microwave frequencies.,” Tech. Rep. Report N.AL/OETR- 1996-0037, Occupational and environmental health directorate, Radiofrequency Radiation Division, Brooks Air Force Base, Texas (USA), 1996.

szerző

• 
  Csernyava Olivér
  Villamosmérnöki szak, alapképzés
  alapképzés (BA/BSc)

konzulensek

• 
  Dr. Bilicz Sándor
  docens, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
• 
  Dr. Badics Zsolt
  tudományos munkatárs, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék

helyezés