Импедансные модели черных по Макдональду цилиндрических покрытий Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.371:538.574

А.И. Семенихин

ИМПЕДАНСНЫЕ МОДЕЛИ ЧЕРНЫХ ПО МАКДОНАЛЬДУ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Исследования моделей, возможностей и свойств покрытий, эквивален-тных в каком-то смысле “чёрным” телам всегда имели принципиальное значение. Известно, что механизму рассеяния в чёрном теле могут быть поставлены в соответствие либо рассеяние в абстрактном присоединённом пространстве [1], либо импедансные модели [2]. Модель Ефимова [1] в случае выпуклых тел совпадает с металломагнитной моделью Макдональда. Это позволило дать [1] физическую интерпретацию такой черной сферы в виде диэлектрического шара с инверсированной метрикой. Импедансная модель [2] черного по Макдональду цилиндра оказывается физически нереализуемой, по крайней мере в классе пассивных структур.

Понятие присоединённого пространства можно распространить на описание поляризационной “черноты”, возникающей за счет твист-эффекта. Его можно трактовать как физическое пространство волн вне объёма тела, поляризованных ортогонально нулевым поляризациям. В докладе на основе твист-эффекта предложены однородные физически реализуемые импеданс-ные модели черных по Макдональду покрытий. Доказываются условия эквивалентности и свойства различных классов таких покрытий.

Пусть р(р)- контур сечения по Ляпунову цилиндрического бесконеч-ного

тела с импедансным покрытием; ро, р- азимутальные углы облучения тела и

наблюдения его двумерных эффективных площадей рассеяния (ЭПР)

2

опIX = 2

s

pq

/ п и матрицы рассеяния 5$ = Зрд , р, ^ = 1,2 в линейных поляризационных базисах (ПБ); орты каждого ПБ образуют левую тройку с

направлением на тело, а второй орт параллелен оси цилин-дра; матрицы

£мт =

пмт

^рд

И

пммт

^рд

соответствуют аналогичным по р,ро ,р

металлическому (МТ) и металломагнитному (ММТ) телам. Тогда в высокочастотной области [3] справедливы следующие теоремы.

Теорема 1. Импедансное покрытие является моделью черного по Макдональду тела с аналогичным контуром сечения в смысле эквивалентности полей рассеяния на согласованных поляризациях

^„р (Р) = ^SMPИT(P), (!)

если тензор импеданса принадлежит к подмножеству девиаторов

Zpp = 0 = ±ехР(±i¥), р * д; ¥ е [0,2п].

рд

(2)

£ — £мт

рд рр

Как следствие, класс взаимных твист-покрытий ограничен только

состояниями ¥12 = ±п/ 2. Фазовые диаграммы рассеяния (ДР) импеданс-ного и

черного тел на согласованных поляризациях эквивалентны.

Теорема 2. В обратном направлении ЭПР импедансного тела на согласованных поляризациях асимптотически равна нулю, а на ортогональных равна ЭПР аналогичного металлического тела

. °рд =К, р * д, Р — Ро ,

аг§ 5рд = атё ^ +(—1) р-1 ¥ — п(р - 2) (3)

независимо от р(р), (ро, если импеданс принадлежит к классу (2).

В соответствии с (3) фазовые однопозиционные ДР металлического и импедансного тел отличаются на ортогональных поляризациях на постоянную величину ¥ + П для Н-волн и — ¥ для Е -волн.

Теорема 3 (о замечательных поляризациях). Для каждого состояния ¥ существуют две замечательные поляризации падающего поля с фазо-рами рп = ± ехр(±'¥), при рассеянии которых вторичное поле имеет одну и ту же

поляризацию рв = —рп для любых р, р(р), ро.

Как следствие, замечательными являются круговые поляризации рп — ±' в

классе ¥ = ±П / 2 и линейные рп — ±1 - в классе ¥ = 0; П.

Теорема 4 ( о законе деполяризации обратного рассеяния). Для любого состояния ¥ при рассеянии в обратном направлении произведе-ние фазоров падающего и рассеянного полей асимптотически равно — ехр(—'2¥) независимо от контура сечения тела и угла его облучения.

Следствие 1. В классе ¥ — 0; П твист-эффект в обратном направле-нии

реализуется для любых р(р), ро и любых поляризаций рп; в классе

¥ — ±П / 2 - только для линейных поляризаций рп — 0; да .

Теорема 5 ( о законе деполяризации черным телом). Фазор поля, рассеянного черным по Макдональду телом, асимптотически равен —рп для любых углов наблюдения р и любых р(р), ро .

Как следствие, при рассеянии вперед ММТ, МТ и импедансное тело не изменяют поляризацию падающего поля для любых р(р), ро, 2Г .

Полученные результаты подтверждены строгими расчетами матриц рассеяния, ДР и фазоров полей импедансного, металломагнитного и металлического круговых цилиндров. Они могут быть полезны при реализации многофункциональных адаптивных покрытий и твист-рефлекторов антенн.

1. Ефимов С.П. Сжатие электромагнитных волн анизотропными средами (модель “неотражающего^ кристалла)// Изв. ВУЗов. Радиофизика, 1978, № 9.

2. Захарьев Л.Н., Леманский А.А. Рассеяние волн "черными" телами. М.: Сов. радио, 1972.

3. Климов А.В., Петров Б.М., Семенихин А.И. Рассеяние на цилиндре с анизотропным импедансом//Изв. ВУЗов. Радиоэлектроника, 1985, № 2.