Функции Грина многослойных цилиндрических структур в задачах излучения, распространения и дифракции электромагнитных волн

Abstract

Показано применение аппарата функций Грина многослойных магнито-диэлектрических структур к решению задач излучения, распространения и дифракции электромагнитных волн. В качестве источников электромагнитного поля рассматриваются произвольно ориентированные сторонние электрические и магнитные токи. Для описания слоистой радиальной структуры применен метод эквивалентных электрических цепей. Для моделирования слоев и границ областей используются матрицы передачи и эквивалентные нагрузки. Модальные напряжения и токи в эквивалентных цепях ассоциируются со спектральными составляющими электромагнитного поля. Предложенный подход позволяет конструировать универсальные алгоритмы для задач распространения волн в направляющих структурах, излучения печатных и щелевых антенн, расположенных на проводящем цилиндре с укрытиями, решать задачи дифракции электромагнитных волн с произвольным числом слоев. При этом материалы слоев могут иметь произвольные значения диэлектрической и магнитной проницаемости, учитываются потери в материале. При моделировании могут рассматриваться материалы как с положительным, так и с отрицательным коэффициентом рефракции. Предложенный подход был использован для решения задач электромагнитного возбуждения структур с метаматериалами.

The method of Green’s functions of layered cylindrical magnetodielectric structures is applied to solution of radiation, propagation and scattering problems. Excitation of electromagnetic field is provided by arbitrary distribution of impressed electric and magnetic currents. The model of equivalent circuits is used for description of layered structure. Transmission matrices and various kinds of loads are used for modelling layered structure and boundaries. Equivalent voltages and currents in modelling circuits are associated with spectral field components. Suggested method allows to construct universal algorithms for wave propagation, patch and slot antennas radiation and scattering problems with any number of layers made of materials of arbitrary permittivity and permeability. Positive and negative refraction index of materials may be taken into account. Suggested technique has been successfully applied to radiating structures made of metamaterials commonly used in electromagnetic designs.