ВОЗБУЖДЕНИЕ ИМПЕДАНСНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЦИЛИНДРА ПОПЕРЕЧНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ДИПОЛЕМ

 Д. Д. Габриэльян¹, М. Ю. Звездина¹, Ю. А. Звездина²
П. И. Костенко¹, С. Н. Марченко¹ 

¹ Ростовский военный институт ракетных войск
² Ростовский государственный университет

Получена 19 октября 2000 г.

Приводятся соотношения и результаты исследований распределения поверхностных токов, возбуждаемых поперечным электрическим диполем на круговом цилиндре при различных значениях поверхностного импеданса. Дан анализ полученных результатов.

Радиопоглощающие материалы и покрытия находят широкое применение при необходимости изменения характеристик излучения и рассеяния различных тел, включая и цилиндрические структуры. Последние с достаточной для практики точностью аппроксимируют широкий класс несущих конструкций реальных антенн. Для большого ряда конструкций при проведении исследований цилиндрические структуры могут быть моделированы бесконечным круговым цилиндром с ненулевым поверхностным импедансом и расположенным вблизи него электрическим или магнитным диполем. В связи с этим исследование закономерностей, связанных с влиянием поля поперечного электрического диполя на распределение поверхностных токов кругового импедансного цилиндра, является интересной задачей как в научном, так и в практическом плане [1].

Как отмечалось в [2-8], практической реализацией круговых цилиндров с изотропным (не зависящим от направления распространения волны) и анизотропным (зависящим от направления) поверхностным импедансом могут служить, например, металлические поверхности с конечной проводимостью, металлические поверхности, покрытые тонким слоем диэлектрика, металлические поверхности в тонком слое плазмы, гребенчатые структуры. Возбуждение импедансных поверхностей для ряда случаев рассмотрены в работах [2-17]. Однако вопросы, связанные с исследованием распределения поверхностного электрического тока, возбуждаемого поперечным электрическим диполем на круговом цилиндре с анизотропными в общем случае импедансными свойствами, требуют более детального рассмотрения.

Целью работы является исследование влияния параметров поверхностного импеданса на распределение тока, возбуждаемого поперечным электрическим диполем на импедансном круговом цилиндре.

Рассмотрим однородный и безграничный вдоль оси  круговой цилиндр радиуса  с поверхностным импедансом , возбуждаемый продольным электрическим диполем с длиной плеча  (рис.1). Тензор поверхностного импеданса, элементы которого зависят от параметров поверхности цилиндра [3, 4, 17], может быть описан соотношением , в котором элементы тензора  определяют поверхностный импеданс для H- и E-волн соответственно.

Продольная и поперечные компоненты возбуждаемого на поверхности цилиндра электрического тока определяются выражениями [3]:

,                                   .                       (1)

Множитель , описывающий зависимость всех величин от времени, здесь и далее опущен. Для описания компонент вектора напряженности магнитного поля , возбуждаемого в точке , лежащей на поверхности цилиндра ( ), поперечным электрическим диполем, с центром в точке , воспользуемся соотношениями (26), (27), приведенными в [17]. Однако, как было показано в [18], для проведения численных исследований выражения данного типа неудобны. В связи с этим деформируем (рис.2) первоначальный контур интегрирования с соответствующей заменой переменной интегрирования . Выполнив преобразования, подробно описанные в [18], запишем следующие выражения для z- и компонент вектора плотности поверхностного тока

,               (2)

где ,    (3)

                                                  (4)

           ,

                                                                               (5)

                                          ,

                                                                               (6)

                                            ,

                                                                       (7)

                       ,

                                (8)

                     ,

                                                           (9)

             ,

где ; ;  Ом;  - волновое число свободного пространства;  - длина волны; i – мнимая единица;  - функция Бесселя -го порядка и ее производная соответственно;  - функция Ганкеля 2-го рода -го порядка и ее производная соответственно;  - числа Неймана;  - амплитуда тока в диполе.

Результаты расчетов распределения плотности поверхностного тока на круговом цилиндре радиусом  поперечным электрическим диполем, удаленным на расстояние  от оси цилиндра, для различных значений поверхностного импеданса приведены на рис.3-9. Во всех случаях на рисунках с индексом "а" показаны двумерные функции, описывающие распределение компоненты плотности поверхностного тока, на рисунках с индексом "б" - z- компоненты, а рисунки с индексом "в" иллюстрируют распределение модуля плотности поверхностного электрического тока. Все функции нормированы к максимальному значению модуля плотности поверхностного тока, возбуждаемого на идеально проводящем круговом цилиндре.

Для выявления особенностей влияния величины поверхностного импеданса на распределение плотности тока на рис.3 показаны данные зависимости, полученные для случая идеальной проводимости цилиндра ( ).

Анализ поведения компоненты плотности поверхностного тока показывает, что компонента  тензора поверхностного импеданса, равная нулю или имеющая индуктивный характер, оказывает незначительное влияние на изменение поведения данной компоненты тока по сравнению с идеально проводящим случаем. Аналогичный вывод относится и к  компоненте тензора поверхностного импеданса. В то же время распределение компоненты плотности поверхностного тока в значительной мере зависит от величины , имеющей емкостной характер. Это подтверждается результатами, приведенными на рис.5,а, 7,а. В свою очередь, распределение продольной компоненты плотности поверхностного тока в значительной мере определяется элементом тензора , имеющим индуктивный характер. Данный вывод следует из рис.4,б, 6,б и 7,б. Появление реальной части в комплекснозначных элементах тензора  и , отражающее наличие омических потерь, приводит к уменьшению влияния мнимых составляющих компонент тензора и соответствующему сглаживанию в поведении обеих компонент (рис.8,б, 9,б). Рисунки с индексами "в" позволяют сопоставить величины z-  и компонент плотности поверхностного тока и, тем самым, определить влияние величины поверхностного импеданса на модуль плотности поверхностного тока.

ЛИТЕРАТУРА

1.     Проблемы антенной техники. /Под ред. Л.Д. Бахраха, Д.И. Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1989. - 368с.

2.    Уэйт Д.Р. Электромагнитное излучение из цилиндрических структур. -М.: Сов. радио, 1963. - 240с.

3.     Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. - М.: Радио и связь, 1983. - 296с.

4.     Васильев Е.Н. Возбуждение тел вращения. - М.: Радио и связь, 1987. - 272с.

5.     Graglia R.D., Uslenghi P.L.E., Vitiello K., D’Elia U. Electromagnetic scattering for oblique incidence on impedance bodies of revolution // IEEE Trans. Antennas and Propag. - 1995. - V.43. №1. - P.11-26.

6.     Papousek W., Schnizer B. Surface impedance concepts of electromagnetic wave propagation in layered isotropic and anisotropic media // Radio Sci. - 1982. - V.17. - P.1159-1167.

7.     Taylor L.S. Dielectric loaded with anysotropic materials // IEEE Trans. Antennas and Propag. - 1966. - V.14. №5. - P.669-670.

8.     Бененсон Л.С., Кюркчан А.Г. Метод развязки антенн при помощи периодических структур // Радиотехника. - 1995. - №2 - С.62-69.

9.     Звягинцев А.А., Батраков Д.О. Дифракция на эллиптическом импедансном цилиндре // Изв. вуз. Радиофизика. - 1989. - Т.32. №9. - С.1125-1131.

10. Osipov A., Hongo K., Kaayashi H. High-frequency scattering of an oblique incidence plane electromagnetic wave by an impedance cylinder // AP-2000, Davos, Switzerland. April, 2000. Advanced Technical Programs, p.8.

11. Кюркчан А.Г. Возбуждение нитью тока периодической ребристой структуры, обладающей свойствами искусственно жесткой поверхности // Радиотехника и электроника. - 1999. - Т.44. №7. - С.787-793.

12. Tenneti R. Plane scattering by a corrugated conducting cylinder at oblique incidence //IEEE Trans. Antennas and Propag. - 1988. - V.36. № 8. - P.1184-1188.

13.  Graglia R.D., Uslenghi P.L.E. Surface currents on impedance bodies of revolution //IEEE Trans. Antennas and Propag. - 1988. - V.36. №9. - P.1313-1317.

14. Rusch W.V.T., Yeh C. Scattering by a infinite cylinder coated with an inhomogeneous and anysotropic plasma sheath //IEEE Trans. Antennas and Propag. - 1967. - V.15. №5. ­ P.452-457.

15.Габриэльян Д.Д., Звездина М.Ю., Костенко П.И. Возбуждение импедансной поверхности цилиндра продольным электрическим диполем //Эл. ж-л "Журнал радиоэлектроники". 2000. №6. http://jre.cplire.ru/win/jun00/6/text.html.

16. Звездина М.Ю. Поле продольного электрического диполя, расположенного вблизи кругового импедансного цилиндра //Эл. ж-л "Исследовано в России". 71. С.1014-1025. 2000. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2000/071.pdf.

17.Звездина М.Ю. Поле поперечного электрического диполя, расположенного вблизи импедансного кругового цилиндра //Эл. ж-л "Журнал радиоэлектроники". 2000. № 6. http://jre.cplire.ru/win/jun00/6/text.html.

18. Кравцов В.А. Поле радиального электрического вибратора, расположенного вблизи проводящего цилиндра //Радиотехника. - 1973. - Т.28. №8. - С.43-50.

 Авторы:

Габриэльян Дмитрий Давидович – д.т.н., профессор, РВИ РВ
Звездина Марина Юрьевна –к.т.н., РВИ РВ, e-mail: zvezd@jeo.ru
Звездина Юлия Александровна – студентка РГУ
Костенко Петр Иванович – адъюнкт РВИ РВ
Марченко Сергей Николаевич – курсант РВИ РВ

оглавление

дискуссия