Содержание

Введение
Основные уравнения
Фурье-компоненты рассеянной волны
Уравнения Виннера-Хопфа
Приближенные решения
Примеры расчетов и примеры экспериментов
Заключение

МОДЕЛЬ РАССЕЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ ПАРАЛЛЕЛЕПИПЕДОМ ИЗ ДИЭЛЕКТИКА С ПОТЕРЯМИ.

ВВЕДЕНИЕ.
В настоящей статье изучается задача рассеяния плоской волны параллелепипедом из диэлектрика с потерями, причем считается, что размеры параллелепипеда сравнительно больше по отношению к длине волны. При исследовании используется метод Виннера-Хопфа. А именно, посредством обобщения решения задачи для полубесконечного тела, полученного в работе Джоунса, попытаемся распространить результаты для полубесконечных пластин из диэлектрика с большим потерями так же, как было получено решение для параллелепипеда из проводника. Само собой разумеется, что полученные результаты совпадают с решением для случая идеального проводника, если считать удельную электрическую проводимость бесконечно большой. В качестве характерной особенности предлагаемого метода, по-видимому, можно указать на то, что этот метод, так же как и методв случае параллелепипеда из проводника, оказывается чрезвычайно эффективным в применении к телам с поперечным сечением в виде продолговатого прямоугольника, большая сторона которого сравнительно велика по отношению к длине волны. Конечно, в случае больших размеров тел приближение геометрической оптики и приближение физической оптики могут практически применяться в качестве наиболее простых методов, однако, для того, чтобы знать в каком диапазоне размеров эти приближения являются верными, необходимо выполнить точные расчеты и провести эксперименты. В данной работе приводятся также и результаты модельных экспериментов, в которых использовались микроволны; проведено сравнительное изучение с результатами расчетов. Что касается среды с большими потерями, то в параллелепипеде закреплялся бетон, а в качестве проводника использовалась алюминиевая пластина, изготовленная в виде параллелепипеда.
На рис.1 представлено схематическое изображение параллелепипеда и геометрические данные рассматриваемой задачи. В данном случае исследуется задача рассеяния (двухмерная) плоской волны (Е-волны), падающей на параллелепипед из диэлектрика с большими потерями под углом ? к оси х. Ширина параллелепипеда равна 2а, толщина - 2b. Считаем, что изменение во времени описывается фактором .

ФУРЬЕ-КОМПОНЕНТЫ РАССЕЯНОЙ ВОЛНЫ

Для проведения исследования дальше разложим рассеянную волну на три электромагнитные волны следующим образом:

Смысл индексов, которыми снабжены каждая из электромагнитных волн, как видно из формул (6), определяющих эти электромагнитные волны, заключается в следующем. Нижний индекс «0»соответствует тому, что поле удовлетворяет волновому уравнению в вакууме, а индекс «1» - тому, что поле удовлетворяет волновому уравнению в среде с потерями. Другими словами, эти индексы соответствуют значениям индекса j=0, 1 в уравнениях (3). Кроме того, верхний значок (+) указывает на то, что данное поле имеет смысл только при x >a, а значок(-) - на то, что рассматриваемое поле имеет смысл только при x
Найдем теперь Фурье-компоненты рассеянной волны. Прежде всего посредством перехода к прямому преобразованию Фурье в волновом уравнении (3) при | y | ? b можно получить следующее уравнение:

Решение этого уравнения, удовлетворяющее граничным условиям (В1), (В2), может быть записано следующими образом:

Считаем здесь, что ветвлениевыбирается условием . Кроме того, неизвестные функции представляют собой, как показывают приводимые ниже формулы, Фурье-компоненты рассеянной волны при | y | = b. Наконец, точкапредставляет собой полюс, происходящий от падающей волны:

Здесь значок справа у неизвестной функции указывает на то, что в случае значка «+» эта функция регулярна в верхней полуплоскости ( в области U ), а в случае значка « - » рассматриваемая функция регулярна в нижней полуплоскости ( в области L ). В дальнейшем используется этот способ обозначений.
С другой стороны, при| y | ? b существует разрыв в среде. В результате выполнения прямого преобразования Фурье в волновом уравнении (3) оно превращается в следующие дифференциальные уравнения неодинакового порядка:

Здесь «вынужденные» члены в правых частях можно вывести, принимая во внимание то обстоятельство, что величины в соотношениях (6) и падающая волна () непрерывны при | x | = a.
Из уравнений (3) следует, чтопредставляет собой производную , умноженную на постоянный коэффициент, поэтому, полагая

можем добиться того, чтобы удовлетворялось граничное условие (В3). В приведенных соотношениях символ производнойозначает, что в производнойвыполнен предельный переход . Таким образом, разлагая волну на торцевой плоскости ( при | x | = ? ) в следующий ряд, можем легко найти специальные решения уравнений (12):

Что касается соотношений (14), то они превращаются в специальный способ разложения в ряд Фурье. Иначе говоря, представляют собой разложения по системе ортогональных функций, превращающихся в нуль при | y | =b. Физически они представляют собой собственные колебания плоскопараллельного волновода. Достаточность таких разложений будет видна из обсуждения свойств регулярности, о которых речь идет ниже. Окончательно, в качестве решения уравнений (12), удовлетворяющих граничным условиям (В2), (В3), можем записать следующие выражения :
Здесь члены рядов представляют собой частные решения. Кроме того, неизвестные функции, снабженные нижними индексами C, S, представляют собой, с учетом свойств четности в соотношениях (10), следующие выражения ( j=0, 1):

В заключение обсудим коэффициенты разложений в формулах (14). Как отмечалось и при разъяснении формул (6), выступающих в качестве определений, за исключением членов, связанных с падающей волной (известные выражения), функцияопределена при x>?, а функцияопределена при x