Date of Award

4-2026

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Electrical Engineering (MSEE)

Department

Electrical and Communication Engineering

First Advisor

Dr. Hamad Alkhoori

Abstract

Coaxial transmission lines are fundamental means for Transverse Electromagnetic (TEM) wave propagation in RF, microwave and high-speed electronic systems. The study of transmission lines is often familiar when they are filled with isotropic materials; however modern engineered direction dependent materials reshape field distributions. In this thesis, we consider a coaxial transmission line of an inner radius and outer radius b filled with an orthorhombic dielectric-magnetic material, which is described by two anisotropy parameters αx and αy. The potential and field distributions are studied in relation to the ratio b/a as well as the anisotropy parameters αx and αy. Due to the availability of an affine transformation that maps the chosen medium of this thesis to an isotropic dielectric-magnetic medium, the electric potential function is found analytically. Our procedure is validated by comparison with Finite-Difference Method (FDM). The propagation constant of the TEM mode in an orthorhombic dielectric magnetic medium is also determined, demonstrating that propagation speed can be controlled using anisotropy parameters. The results show how anisotropy affects the structures relative to isotropic cases. The proposed model thus provides an anisotropy aware TEM model and design ready plots that bridge analytic theory with engineering for coaxial structures using anisotropic materials.

Arabic Abstract

تحليل خط نقل متحد المحور مملوء بوسط عازل ومغناطيسي ذو تناظر معيني قائم )أورثورومبي(

تُعدّ خطوط النقل المحورية من الوسائل الأساسية لنقل الموجات الكهرومغناطيسية المستعرضة (التي يكون المجالين الكهربائي و المغناطيسي فيهم متعامدين على اتجاه الحركة) في أنظمة الترددات الراديوية والميكروية والأنظمة الإلكترونية عالية السرعة. تحليل خطوط النقل المحورية يعد مألوفًا عند احتوائها على مواد متجانسة الخواص، إلا أن المواد الهندسية الحديثة ذات الخواص المعتمدة على الاتجاه تتطلب استخدام مواد غير متجانسة الخواص. في هذه الرسالة، ندرس تحليل خطوط النقل المحورية المكونة من نصف قطر داخلي a ونصف قطر خارجي b، و ممتلئة بمادة عازلة–مغناطيسية ذات تناظر متعامد. توصف هذه المادة بمعاملَي لا تناسق αx و αy. يتم تحليل توزّعات الجهد و الموجات بالنسبة لنسبة b/a وكذلك بالنسبة لمعاملَي اللاتناسق αx و αy. نظرًا لتوفّر تحويل رياضي خطي قادر على تحويل المادة التي تتكون منها خطوط النقل المراد دراستها في هذه الرسالة الى مادة متجانسة الخواص، فقد أمكن إيجاد دالة الجهد الكهربائي تحليليًا. كما تم التحقق من دقة الحل من خلال مقارنته مع حلول تم ايجادها بطريقة رياضية رقمية أخرى. تُظهر النتائج تأثير الالتناسق في بنية الجهد الكهربائي و الموجات مقارنة بحالات المواد متجانسة الخواص. كما أن ثابت الانتشار الكهرومغناطيسي يمكن التحكم به عن طريق معاملي الالتناسق. وبذلك يقدّم النموذج المقترح إطارًا لتحليل نمط الموجات آخذًا في الاعتبار الالتناسق، بالإضافة إلى مخططات جاهزة للتصميم تربط النظرية التحليلية بالتطبيقات الهندسية في خطوط النقل المحورية المصنوعة من مواد لا متجانسة الخواص.

Download
COinS