ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2023. №1
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.1.3
УДК: 537.874; 537.624
МЕТОД ОБОБЩЕННОГО ИМПЕДАНСА
ДЛЯ РАСЧЕТА ОТРАЖЕНИЯ И ПРОХОЖДЕНИЯ ВОЛНЫ
ЧЕРЕЗ МНОГОСЛОЙНУЮ СТРУКТУРУ.
ЧАСТЬ 3. ПАДЕНИЕ ВОЛНЫ НА СТУПЕНЧАТО НАРАСТАЮЩИЙ БАРЬЕР
И.В. Антонец 1, В.Г. Шавров 2, В.И. Щеглов 2
1 Сыктывкарский государственный университет им. П.Сорокина
167001, Сыктывкар, Октябрьский пр-т, 55
2 Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН
125009, Москва, ул. Моховая, 11, стр. 7
Статья поступила в редакцию 27 сентября 2022 г.
Аннотация. Рассмотрено применение метода обобщенного импеданса в варианте пересчета амплитуд для расчета коэффициентов отражения, прохождения и поглощения при падении волны на многослойную структуру. Послойная конфигурация структуры задана в виде барьера, волновое число в слоях которого распределено ступенчато нарастающим образом. Рассмотрено формирование амплитуды колебаний при различной длине структуры. Показано, что в случае, когда длина структуры меньше половины максимальной длины волны, распределение амплитуды волны по длине структуры является монотонно возрастающим или убывающим, В случае, когда длина структуры больше половины максимальной длины волны, распределение амплитуды по длине структуры приобретает осциллирующий характер, причем период таких осцилляций равен половине максимальной длины волны. Для среды без диссипации рассмотрен коэффициент отражения при изменении длины структуры. Получены зависимости коэффициента отражения от длины структуры при различных значениях максимальной длины волны. Рассмотрен коэффициент прохождения волны при изменении длины структуры. Рассмотрено отражение, прохождение и поглощение волны в ступенчато нарастающей структуре, слои которой обладают положительной диссипацией. Показано, что в этом случае среда становится поглощающей, причем коэффициент поглощения по мере увеличения длины структуры возрастает. Рассмотрено отражение, прохождение и поглощение в среде с отрицательной диссипацией. Отмечено, что в рамках сохранения баланса энергий нарастание отражения, прохождения и поглощения при увеличении длины структуры требует поступления энергии от дополнительного источника, каковым в случае лазера является источник накачки.
Ключевые слова: распространение волн, многослойная структура, импеданс.
Финансирование: Работа выполнена в рамках государственного задания Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН.
Автор для переписки: Щеглов Владимир Игнатьевич, vshcheg@cplire.ru
Литература
1. Хвольсон О.Д. Курс физики, Т.2. Берлин, Госиздат РСФСР. 1923. 776 с.
2. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. Москва, Наука. 1970. 721 с.
3. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. Москва, Наука. 1973. 501 с.
4. Ландсберг Г.С. Оптика. Москва, Наука. 1976. 928 с.
5. Поль Р.В. Введение в оптику. Москва-Ленинград, Государственное издательство технико-теоретической литературы. 1947. 484 с.
6. Кизель В.А. Отражение света. Москва, Наука. 1973. 352 с.
7. Бреховских Л.М., Годин О.А. Акустика слоистых сред. Москва, Наука. 1989. 416 с.
8. Розенберг Г.В. Оптика тонкослойных покрытий. Москва, Государственное издательство технико-теоретической литературы. 1958. 570 с.
9. Oksanen M.I., Hanninen J., Tretyakov S.A. Vector circuit method for calculating reflection and transmission of electromagnetic waves in multilayered chiral structures. IEEE Proceedings. H. 1991. V.138. №7. P.513-520.
10. Sarychev A.K., Bergman D.J., Yagil Y. Theory of the optical and microwave properties of metal-dielectric films. PR(B). 1995. V.51. №8. P.5366-5385.
11. Козарь А.В. Оптические свойства апериодических тонкослойных структур: эффективный показатель преломления. Вестник Московского Университета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2009. Т.64. №3. С.54-56.
12. Козарь А.В. Оптические свойства апериодических тонкослойных структур: эффективная оптическая толщина. Вестник Московского Университета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2018. Т.73. №6. С.61-66.
13. Бриллюэн Л., Пароди М. Распространение волн в периодических структурах. Москва, Издательство иностранной литературы. 1959. 457 с.
14. Шавров В.Г., Щеглов В.И. Магнитостатические и электромагнитные волны в сложных структурах. Москва, Физматлит. 2017. 358 с.
15. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. Москва, Наука. 1972. 736 с.
16. Антонец И.В., Щеглов В.И. Распространение волн через тонкие слои и пленки. Сыктывкар, ИПО СыктГУ. 2010. 132 с.
17. Антонец И.В., Щеглов В.И. Распространение волн через многослойные структуры. Часть первая. Прямой метод. Сыктывкар, ИПО СыктГУ. 2011. 132 с.
18. Антонец И.В., Щеглов В.И. Распространение волн через многослойные структуры Часть вторая. Метод матрицы. Сыктывкар, ИПО СыктГУ. 2012. 123 с.
19. Антонец И.В., Щеглов В.И. Распространение волн через многослойные структуры Часть третья. Метод импеданса. Сыктывкар, ИПО СыктГУ. 2012. 123 с.
20. Антонец И.В., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Матричный алгоритм расчета коэффициентов отражения и прохождения при падении двух встречных волн на многослойную структуру. Радиотехника и электроника. 2022. Т.67. №9. С.908-915.
21. Антонец И.В., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Алгоритмический метод расчета отражения и прохождения волны через многослойную структуру. Часть 1. Матричный алгоритм. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2022. №8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.8.8
22. Антонец И.В., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Алгоритмический метод расчета отражения и прохождения волны через многослойную структуру. Часть 2. Падение волны на наклонный барьер. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2022. №8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.8.9
23. Антонец И.В., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Метод обобщенного импеданса для расчета отражения и прохождения волны через многослойную структуру. Часть 1. Последовательный пересчет импедансов и амплитуд. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2023. №1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.1.1
24. Антонец И.В., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Метод обобщенного импеданса для расчета отражения и прохождения волны через многослойную структуру. Часть 2. Падение волны на прямоугольный барьер. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2023. №1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.1.2
25. Антонец И.В., Щеглов В.И. Распространение волн через многослойные структуры. Часть седьмая. Баланс энергий. Сыктывкар, ИПО СыктГУ. 2015. 108 с.
26. Антонец И.В., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Энергетические характеристики распространения волны через границы раздела сред с комплексными параметрами. Радиотехника и электроника. 2009. Т.54. №10. С.1171-1183.
27. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. Москва, Наука. 1989. 544 с.
28. Харкевич А.А. Основы радиотехники. Москва, Физматлит. 2007. 512 с.
Для цитирования:
Антонец И.В., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Метод обобщенного импеданса для расчета отражения и прохождения волны через многослойную структуру. Часть 3. Падение волны на ступенчато нарастающий барьер. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2023. №1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.1.3