Ближнеполевые когерентные эффекты при приеме теплового микроволнового излучения взаимодействующими линейными проволочными антеннами

Ю. Н. Барабаненков¹, М. Ю. Барабаненков², В. А. Черепенин<sup>1

1</sup> Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Москва
² Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН,  Черноголовка

Получена 4 декабря 2011 г.

Аннотация. Мы применяем теорию многократного рассеяния электромагнитных волн на ансамбле  диэлектрических и проводящих тел для изучения взаимодействующих принимающих антенн, описывая возбужденные внутри антенн токи с помощью тензорного T –оператора рассеяния электрического поля.  Система уравнений для токов на поверхностях взаимодействующих металлических принимающих антенн записывается с помощью поверхностного T- оператора рассеяния изолированной антенны. Записанная система решается для случая взаимодействующих линейных проволочных принимающих антенн в форме тонких вибраторов – диполей асимптотическим методом “ большого логарифма “, приводящим к сепарабельному линейному T- оператору рассеяния изолированного настроенного вибратора-диполя.  Сепарабельность  упрощает  аналитическое вычисление локальных токов на двух ( и более) взаимодействующих антеннах и безразмерного параметра взаимодействия антенн. Наша   окончательна   цель состоит в использовании полученного аналитического решения  к изучению ближнеполевых   когерентных  эффектов, обусловленных распределением  падающего электрического поля теплового микроволнового излучения  вдоль изолированного  или двух взаимодействующих принимающих вибраторов-диполей, расположенных около граничной поверхности нагретого биологического объекта и настроенных на половину длины волны в объекте.  При равновесном тепловом излучении  мы приходим к обобщенной  формуле Найквиста для  флуктуаций токов, наведенных на взаимодействующих принимающих вибраторах-диполях, с учетом авто-корреляционной   и кросс-корреляционной функций   случайного электрического  поля на каждом или обоих вибраторах-диполях, соответственно.  Рассматривая локальное объемное изменение распределения температуры биологического объекта, мы обнаруживаем в рамках модели случайного электрического дипольного источника внутри поглощающего скин-слоя  объекта  интерференционно-экстремальные свойства возбуждаемых вдоль принимающих вибраторов – диполей  флуктуационных токов в зависимости от относительного расположения вибраторов-диполей и случайного электрического дипольного источника теплового излучения. Обнаруженные экстремальные свойства используются как основа для восстановления расположения случайного электрического дипольного источника путем сканирования изолированным или двумя взаимодействующими  принимающими вибраторами-диполями вдоль граничной поверхности биологического объекта.

Ключевые слова: принимающие взаимодействующие  антенны, возбужденные токи, T- оператор рассеяния, тонкая вибраторная антенна, биологический объект, локальная вариация температуры, тепловое излучение, интерференция принимаемых полей, сканирование локального случайного источника.

Abstract. We apply to study coupled receiving antennas a theory of electromagnetic wave multiple scattering by ensemble of dielectric and conductive bodies, with describing the excited currents inside bodies in terms of electric field tensor T-scattering operator. A system of equations for currents on surfaces of coupled perfectly conductive receiving antennas is written with the aid of a single antenna surface T-scattering operator. This system  is resolved for the case of coupled linear wire receiving antennas in the form of thin vibrator-dipoles when asymptotic method of “big logarithm“ leads to separable wire T-scattering operator of single tuned vibrator-dipole. The separability simplifies analytic evaluating the local total currents on two (and more) coupled receiving antennas and get a dimensionless coupling factor. Our final aim consists in using the obtained analytic solution to study near field coherent effects caused by thermal microwave radiation incident electric field distribution along single or two coupled receiving vibrator-dipole antennas placed at a heated biological object boundary surface and tuned to half wavelength in the object. In the case of equilibrium thermal radiation we meet a generalized Nyquist formula for currents’ fluctuations excited on coupled receiving vibrator-dipole antennas, with accounting the auto-correlation and cross-correlation functions of random electric field inside each antenna and on both antennas, respectively. In the case of local volume change of the biological object temperature distribution we reveal in the model framework of random electric dipole source inside object absorption skin slab area the interference-extreme properties for fluctuations of currents excited along antennas depending on relative positions of antennas and random electric dipole source. The reveled extreme properties are used as base to reconstruct the random electric dipole position via scanning the single antenna or two coupled ones along biological object boundary surface.

Key words:  receiving coupled antennas, excited currents, T- scattering operator, thin vibrator antennas, biological object, temperature local variation, thermal radiation, interference receiving fields, scanning local random source.