Про аномальне поглинання електромагнітного випромінювання субхвильовим металевим дротом
Анотація
Актуальність. Розглянуто ефект аномально сильного поглинання, розсіювання і ослаблення мікрохвильового електромагнітного випромінювання тонкими провідними дротами. Досліджуваний ефект може знайти застосування при розробці матеріалів, що поглинають радіовипромінювання та маскують об’єкти від радіолокаційного виявлення.
Мета роботи – з’ясування фізичної природи ефекту.
Матеріали та методи. На підставі узагальненої теорії Лоренца-Мі побудована математична модель дифракційної взаємодії мікрохвильового випромінювання з циліндричним об'єктом, матеріал якого характеризується комплексним показником заломлення. Розглянуто випадок нормального падіння плоскої електромагнітної хвилі Е- і Н-поляризацій на циліндр. Чисельні розрахунки розподілу полів виконані в середовищі MathCard.
Результати. Показано, що для товстих циліндрів, діаметр яких більше довжини хвилі, спостерігаються характерні резонансні піки поглинання і розсіяння енергії хвилі. Для дуже тонких циліндрів, діаметр яких значно менше довжини хвилі, спостерігаються максимуми поглинання і розсіяння енергії падаючого випромінювання, які не можна пояснити резонансними явищами. Отримано спрощені аналітичні вирази для коефіцієнтів ефективності ослаблення, поглинання і розсіяння електромагнітного випромінювання тонкими циліндрами. Розраховані розподіли полів всередині і зовні діелектричного і металевого циліндрів при різних співвідношення їх діаметра і довжини хвилі падаючого випромінювання. Досліджено ефективність поглинання випромінювання при різних співвідношеннях діаметра дрота і товщини скін-шару.
Висновки. З'ясовано, що ефект аномально сильного поглинання мікрохвильового випромінювання дуже тонкими металевими дротами обумовлений існуванням скін-ефекту для провідних матеріалів, що взаємодіють з мікрохвильовим випромінюванням. Отримано, що максимальна ефективність поглинання випромінювання досягається в тому випадку, коли діаметр дроту в два рази менше товщини скін-шару. Спостережуваний ефект аномального поглинання носить нерезонансний характер.
Завантаження
Посилання
Hulst van de HC. Light Scattering by Small Particles. New York, USA: Dover Publications, 1981.
Kerker M. The Scattering of Light and Other Electromagnetic Radiation. New York-San Francisco-London, USA: Academic Press, 2016.
Lazarev LP, Mirovitskaya SD. Control of the Geometric and Optical Parameters of Fibres, Moscow, USSR: Radio and Svyaz’, 1988. [in Russian].
Irvine WM. Light scattering by spherical particles: radiation pressure, asymmetry factor, and extinction cross section. J. Opt. Soc. Am. Jan 1965;55(1):16-21. doi 10.1364/JOSA.55.000016
Kokodii NG. Nature of resonances in a thick refracting cylinder during of an electromagnetic wave. Opt. Spectrosc. 1992;72(2):249-251.
Kotlyar VV, Kozlov DA, Kovalev AA. Calculation of the resonant radius of a dielectric cylinder illuminated by a plane TE-wave. Comput. Opt. 2015;39(2):163-171.
Kozlov DA. Whispering gallery modes in a dielectric cylinder with circular cross-section. Comput. Opt. 2017;41(3):377-384.
Kuzmichev VM, Kokodii NG, Safronov BV, Balkashin VP. Values of the absorption efficiency factor of a thin metal cylinder in the microwave band. J. Commun. Technol. Electron. 2003;48(11):1240-1242.
Kokodii NG. Microwave radiation absorption in an ultrathin doublelayer cylinder. J. Commun. Technol. Electron. 2006;51(2)175-178.
Shevchenko VV. On the absorption of an electromagnetic wave by a thin wire. Radiotekh. Elektron. (Moscow). 1991;36(12):2400-2403.
Akhmeteli AM. Efficient heating of thin cylindrical targets by broad electromagnetic beams I. [Online]. Available: https://arxiv.org/pdf/physics/0405091.pdf . Accessed on: Apr 10, 2020.
Akhmeteli AM. Efficient heating of thin cylindrical targets by broad electromagnetic beams II. [Online]. Available: https://arxiv.org/pdf/physics/0611169.pdf . Accessed on: Apr 10, 2020.
Odarenko EN, Switch VA, Shmatko AA. Scattering of a wave beam by a thin dielectric cylinder with losses. Proc. 17th Int. Crimean Conference Microwave & Telecommunication Technology, Sevastopol; 2007. p. 934-935.
