Farklı Dielektrik Ortamların İçerisindeki Dielektrik Küreden Saçılan Alanların Analizi: Kaynak ve Gözlem Noktalarının Karşılıklı Olması Durumunda

Analysis of the Scattering Fields by Dielectric Sphere inside Different Dielectric Mediums: The Case of the Source and Observation Point is Reciprocal

Özet

Kanonik yapılardan elektromanyetik saçılma, elektromanyetik teoride önemli bir konudur. Bu çalışmada, dielektrik geçirgenliği frekansa bağlı olan bir dielektrik küreden elektromanyetik saçılma problemi, gelen dalganın eğik gelmesi durumu için çözülmüştür. Bu çalışmada küre, bir tümörün elektromanyetik modeli olarak düşünüldüğü için frekansa bağlılık Cole-Cole model ile gösterilmiştir. Cole-Cole model, biyolojik dokuların elektromanyetik olarak modellenmesi literatürde sıkça kullanılan bir modeldir. Gelen dalga H-polarize olarak düzlem dalga olarak varsayılmıştır. Küre yüzeyinden saçılan alan ve küre içerisine iletilen alan ifadeleri Helmholtz denkleminden faydalanılarak bilinmeyen katsayılı fonksiyonlar şeklinde yazılmıştır. Daha sonra, bu bilinmeyen katsayılar sınır koşulları aracılığıyla belirlenmiştir. Elde edilen saçılan ve iletilen alan ifadesi, bistatik hal için nümerik olarak incelenmiştir. Elde edilen saçılan alanın ifadesinin doğrulanması için kürenin elektromanyetik özellikleri dielektrik küreye indirgenmiş ve saçılan alanın ifadeleri Harrington'un kitabındaki sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, alıcı ve verici kaynaklarının karşılıklı dönmesiyle daha hızlı ve daha iyi elde edilmiştir. Ultra-geniş bant radar-tabanlı görüntüleme yaklaşımı, kötü huylu meme tümörleri gibi önemli saçılım engellerinin sadece varlığını ve yerini belirlemesine odaklanan daha basit hesaplamalı bir problemi daha hızlı çözebilmektedir. Bundan dolayı, bu yöntem biyomedikal mühendisliğinde alternatif tarama ve teşhis aracı olarak kullanılabilir.

Abstract

The electromagnetic scattering from canonical structure is an important issue in electromagnetic theory. In this study, the electromagnetic scattering from dielectric sphere with oblique incidence is investigated. While an incident wave comes with a certain angle, observation point turns from 0 to 360 degrees. The electromagnetic field is considered as a plane wave with H polarized. The scattered and transmitted field expressions with unknown coefficients are written. The unknown coefficients are obtained by using exact boundary conditions. Then, the sphere is considered as having frequency dependent dielectric permittivity. The frequency dependence is shown by Cole-Cole model. The analytic results are compared with scattered field by dielectric sphere obtained by Harrington. The results are obtained faster and more reliable with reciprocal rotation. Ultra-wide band (UWB) radar-based imaging approach can solve a simpler computational problem faster dealing with only to identify the presence and location of significant scattering obstacles such malignant breast tumours. Therefore, it can be used in biomedical engineering as an alternative screening and diagnosis tool.