Моделирование рассеяния свободных электромагнитных волн эшелеттными металлодиэлектрическими структурами с диссипативными потерями

• Автор: Меркулов, Константин Борисович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 164 с. : ил

Введение
1. Современное состояние теории и актуальность практического использования периодических структур, рассеивающих электромагнитные волны
1.1. Методы математического моделирования рассеяния электромагнитных волн периодическими структурами
1.2. Технические аспекты применения рассеивающих периодических поверхностей и металлодиэлектрических структур
1.2.1. Рассеивающие структуры в радиотехнических устройствах преобразования электромагнитных волн
1.2.2. Тенденции применения отражающих периодических структур в задачах уменьшения радиозаметпости объектов
1.2.3. Периодические рассеиватели в дисперсионных резонансных системах генераторов дифракционного излучения и лазеров
1.3. Выводы
2. Математическое моделирование взаимодействия электромагнитных волн со структурами типа эшелеттдиэлектрик
2.1. Математическая модель рассеяния электромагнитных волн структурой эшелетт диэлектрический слой без диссипативных потерь в материалах

2.1.1. Постановка задачи и общие закономерности рассеяния

2.1.2. Рассеяние поляризованной радиоволны
2.1.3. Рассеяние Н поляризованной радиоволны
2.2. Моделирование взаимодействия электромагнитных волн с металлодиэлектрической эшелеттной структурой, учитывающее диссипативные потери в материалах
2.3. Выводы
3. Алгоритмическая и программная реализация моделей взаимодействия электромагнитных волн с эшелеттной метаплодиэлектрической структурой
3.1. Описание алгоритмов и программного обеспечения
3.2. Проверка физической адекватности моделей, алгоритмов и программ
3.2.1. Теоретическая проверка адекватности
3.2.2. Экспериментальное исследование взаимодействия электромагнитных волн с рассеивающими эшелон ными структурами
3.2.2.1. Программа экспериментальных исследований
3.2.2.2. Оценка условий проведения эксперимента
3.2.2.3. Измерение утлочастотных характеристик рассеяния электромагнитных волн
3.2.2.4. Определение коэффициента стоячей волны
3.3. Выводы
4. Построение и практическая апробация многозадачной системы моделирования рассеяния электромагнитных волн ортогональных поляризаций эшелеттными металлодиэлектрическими структурами
4.1. Структура программного обеспечения системы моделирования
4.2. Апробация системы моделирования в вычислительных экспериментах практической направленности
4.2.1. Численный анализ рассеяния электромагнитных
волн поверхностью эшелеттного профиля
4.2.1.1. Рассеяние на идеально проводящей поверхности конечных размеров
4.2.1.2. Рассеяние на неидеально проводящей поверхности бесконечной протяженности
4.2.2. Численный анализ рассеяния электромагнитных волн эшелеттной мегаллодиэлектрической структурой
4.2.2.1. Структура с диссипативными потерями в материалах
4.2.2.2. Углочастотные характеристики непоглощающей структуры
4.2.2.3. Поляризационные характеристики нспоглощающей структуры
4.3. Выводы Заключение Список литературы Приложение
Введение


Резонансный случай является наиболее трудным для анализа, однако именно он наиболее интересен с практической точки зрения создания устройств с различными функциональными признаками. До широкого внедрения в практику расчетов на ЭВМ исследования в резонансной области касались лишь анализа некоторых частных или предельных ситуаций , . В связи со стремительным ростом в последние десятилетия возможностей вычислительной техники широкое развитие получили два направления строгого решения задачи рассеяния волн на периодических структурах, соответствующие полуаналитическим и прямым численным методам ,. Они существенно различаю гея между собой по сфере применения и эффективности окончательного решения. Сущность полуаналитических численных методов состоит в выделении и аналитическом обращении тем или иным способом части матричного оператора задачи рассеяния, которая соответствует коротко или длинноволновому диапазону, учитывает особенность поведения поля на ребре, рассеяние на отдельном элементе РПС и т. В итоге исходные уравнения заменяются интегральными или матричными уравнениями второго рода с хорошей сходимостью результатов вычислительных процедур к истинному значению. Полуаналитические методы, в сравнении с прямыми, существенно выигрывают в эффективности и точности расчетов, однако уступают в простоге построения и записи окончательных алгоритмов. Последнее нередко мешает получению решения задачи рассеяния в замкнутом аналитическом виде особенно при анализе мног ослойных рассеивающих структур воздух диэлектрик воздух металл, а также поверхностей со сложной формой рельефа. К полуаналитическим методам относят, например, обобщенный метод ВинераХопфаФока ,, стандартный и модифицированный методы вычетов методы полуобращения с применением аппарата задачи РиманаГильберта , и аналитического преобразования матричных уравнений типа свертки , . Главное достоинство прямых методов их универсальность, так как формальные ограничения на конфигурацию рассеивателя в большинстве случаев отсутствуют. Однако при их практической реализации возникаю трудности, связанные с большим объемом вычислений и, следовательно, нехваткой ресурсов вычислительной техники низкого и среднего уровня, медленной сходимостью, а в ряде случаев отсутствием сходимости приближенного решения к точному и явлением неустойчивости соответствующих алгоритмов. Особенно это заметно при наличии острых ребер на контуре рассеивателя, расчете амплитуд высших гармоник. Наиболее известными прямыми методами являются метод интегральных уравнений , проекционный метод , , методы диаграммных уравнений , минимальных автономных блоков , конечных разностей временной области ,, метод Ягпотоковых сеток, и др. При всем многообразии рассеивающие структуры условно делятся на два типа координатные и некоординатные. К координатным относятся РПС, для которых границы раздела характерных областей вписываются в единую координатную сетку, декартову, цилиндрическую и др. Координатными являются рассеиватели из прямоугольных брусьев, металлические и диэлектрические гребенки, плоская ленточная решетка и др. К некоординатным относятся те рассеивающие структуры, границы частичных областей которых вписываются в несколько декартовых координатных систем, оси которых кроме одной общей повернуты друг относительно друга на некоторый угол. Такими являются рассеиватели из наклонных полуплоскостей, решетки жалюзи, эшелетт и др. Для ряда структур задача рассеяния волны первоначально может быть сведена аналитически к бесконечной системе линейных алгебраических уравнений с неизвестными амплитудами спектра рассеяния. Оказывается, что такие системы для задач разных типов имеют существенно отличные свойства, что приводит, с одной стороны, к возможному ограничению сферы действия полуаналитического метода только одним из двух выше указанных типов задачи рассеяния метод ВинсраХопфаФока и модернизированный метод вычетов применимы лишь при расчете координатных структур. С другой стороны, в некоторой степени облегчается анализ рассеивающих структур одного типа, повышается универсализация метода расчета и унификация итоговых алгоритмов, поскольку появляется возможность выделения общей части этих алгоритмов.