Про аномальне поглинання електромагнітного випромінювання субхвильовим металевим дротом

  • N. G. Kokodii Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0003-1325-4563
  • V. A. Maslov Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0001-7743-7006
  • K. I. Muntean Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0001-6479-3511
Ключові слова: мікрохвилі, дифракція, тонкий дріт, поглинання, фактор ефективності

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

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Біографії авторів

N. G. Kokodii, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

майдан Свободи 4, м. Харків, 61022

V. A. Maslov, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

майдан Свободи 4, м. Харків, 61022

K. I. Muntean, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

майдан Свободи 4, м. Харків, 61022

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.

Опубліковано
2020-10-27
Цитовано
Як цитувати
Kokodii, N. G., Maslov, V. A., & Muntean, K. I. (2020). Про аномальне поглинання електромагнітного випромінювання субхвильовим металевим дротом. Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія «Радіофізика та електроніка», (32), 71-80. https://doi.org/10.26565/2311-0872-2020-32-08