Введение к работе
Актуальность темы. Диссертационная работа посвящена исследованипм электродинамических свойств сетчатых структур, расположенных d диэлектрике, и новых композиционных материалов с металлическими включениями. Эти структуры применяются дли создания покрытий с заданными свойствами.
Сетчатые экраны и слоистые композиционные материалы обладают разнообразными электродинамическими свойствами: экранирующими, поляризационными, частотно-селективными. Замена сплошных металлических экранов сетками ведет к уменьшению веса и парусности конструкции, к значительному снижению материалоемкости. В ряде случаев сетчатые экраны оказываются и более аффективными, чем металлические. Все это определяет необходимость исследования влияния сложных сетчатых структур па распространение радиоволн.
Электродинамические характеристики неограниченных сетчатых структур хорошо изучены. Эффективным методом их исследования является метод усредненных граничных условий (УГРУ), позволяющий подробно исследовать отдельные компоненты рассеянного электромагнитного поля [1]. Ограниченные сетчатые экраны изучены хуже, строгие решения задач дифракции получены лишь в отдельных частных случаях (например, для полубесконечной сетки из параллельных проводов). В общем виде задача дифракции на ограниченном сетчатом экране может быть решена приближенным методом Кирхгофа. Однако, недостатком этого метода является невысокая точность при определении параметров краевой волны. Кроме того, этот метод не учитывает поверхностные волны, которые могут возбуждаться в сетчатых структурах. ;Более точный результат может быть получен сочетанием методов УГРУ и факторизации
[2].
В диссертационной работе методы УГРУ и факторизации применяются для решения задач дифракции на сложных ограниченных сетчатых экранах с квадратными и прямоугольными
ячейками.
Задачи создания частотно-селективных, поглощающих. и других покрытий с заданными свойствами могут быть также решены с использованием искусственных материалов с металлическими включениями.
Одним из новых типов таких материалов являются изотропные киральные среды, предстанлнющис собой микроструктуры с маленькими прополочными спиралями, которые обеспечивают дополнительное взаимодействие между параллельными высокочастотными электрическим и магнитным полями. Слоистые киральные структуры могут быть использованы в качестве преобразователей поляризации, а также для создания неотражающих покрытий.
Существуют и другие геометрические конфигурации включений, которые могут обеспечить сильное взаимодействие "волна-материал" и Полое технологичны для применения в технике СВЧ. Одна из таких модификаций описана в работе [3], где было предложено использовать частицы в форме заглавной греческой букш,! Q. В регулярной микроструктуре с fi-образпыми проводящими включениями существует некоторое взаимодействие между электрическим и магнитным полями, которые расположены в ортогональных плоскостях, и материал может быть описан бианизотроппыми материальными соотношениями. В настоящей работе рассмотрены электродинамические свойства омега сред с расположением частиц в параллельных плоскостях (так называемых "планарпых" омега сред), которые также обладают хорошими технологическими качествами.
Кроме того, в диссертационной работе была предложена и исследована другая модификация омега структуры, так называемая одноосная омега среда, которая представляет собой композиционный материал с двумя системами омега частиц, расположенными в ортогональных плоскостях. Эта среда лучше подходит для использования в плоских неотражающих покрытиях и антенных укрытиях.
Целью работы было решение задач дифракции на ограниченных сетчатых структурах и исследование распространения
электромагнитных поли в слоистых композиционных средах. Для достижения постаиленной цели было необходимо:
- получить соотношения для расчета электромагнитных
полей, рассеянных полубесконечными сетчатыми экранами с
различной формой ячеек. Определить амплитуды и услоиия воз
никновения краевых и поперхпостных ноли;
рассчитать постоянные распространения и коэффициенты отражения и прохождения ноли в слоистых бианизотропных ки-ральных омега средах;
определить и исследовать поляризации собственных ноли в киральных омега средах;
строго решить задачу отражения и прохождения плоских волн для слоя планарпой омега среды;
разработать методику для определении эффективных параметров омега сред.
Научная новизна работы заключается в основном в следующем.
Методом факторизации с использованием усредненных граничных условий решена задача дифракции цилидрическнх электромагнитных волн на полубескопечпой сетке с квадратными и прямоугольными ячейками, расположенной в однородном диэлектрике. Определены условия возбуждения и амплитуды поверхностных волн, возникающих в процессе дифракции.
Тем же методом рассчитаны амплитуды геометрооп-тических и краевых волн в задачі: дифракции па полубескопечпой сетке, расположенной на границе двух диэлектриков.
Показана возможность решения задачи развязки двух антенн с использованием сеучатого экрана с прямоугольными ячейками.
Аналитически строго решены волновые уравнения для плоских электромагнитных волн в новых композиционных^ материалах: одноосной омега среде, одноосной бианизотропиой киральной омега среде, планарішй омега среде. Определены и исследованы поляризации собственных волн.
Разработан метод расчета коэффициентов отражения и,прохождения волн в слоистых омега средах.
Разработана методика определения эффективных материальных параметров планарной омега среды по результатам измерений коэффициентов отражения и прохождения.
Практическая ценность работы. Полученные в работе соотношения могут быть использованы для расчета ограниченных сетчатых структур с различной формой ячеек, используемых в качестве экранов металлизации земли под антенной системой, поляризационных фильтров, частотно-селективных поверхностей, элементов электромагнитной защиты. Рассмотрены аспекты использования сетчатых экранов вместо сплошных металлических для решения проблем электромагнитной совместимости.
Разработаны методы расчета полей в одноосных бианизо-тропиых композиционных материалах с включениями в виде ки-ральных и омега частиц и в планарных омега средах. Результаты работы могут быть использованы при расчете устройств СВЧ на основе описанных композиционных материалов и для создания неотражающих покрытий. Простота изготовления планарных омега сред позволяет использовать эти структуры для изучения эффекта магнитоэлектрического взаимодействия в композиционных средах.
Апробация работы. Основные результаты доложены и обсуждены на Всесоюзном научно-техническом совещании-семинаре MB ССО РСФСР (Таганрог, 1989 г.), Всесоюзном совещании но приземному распространению радиоволн и ЭМС СО АН СССР (Улан-Уде, 1990 г.), X Всесоюзном симпозиуме по дифракции и распространению волн АН СССР (Винница, 1990 г.), международной конференции "Bi-isotropics'93" (Хельсинки, Финляндия, 1993 г.), международном семинаре "День дифракции" (С.-Петербург, 1993 г.),.международной конференции "Bianisotropics'93" (Гомель, Беларусь, 1993 г.), международной конференции "Euro Electromagnetics" (Бордо, Франция, 1994 г.), международной конференции "1994 URSI Radio Science Meeting" (Сиэттл, США, 1994 г.).
Публикации. Основные результаты опубликованы в тринадцати печатных работах.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения,
