Статья

Название статьи КОМБИНИРОВАННАЯ МЕТОДИКА ДЛЯ РАСЧЕТА ВОЗБУЖДЕНИЯ КРУГОВОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЦИЛИНДРА С НЕОДНОРОДНЫМ ВКЛЮЧЕНИЕМ
Автор Н.Н. Кисель
Рубрика РАЗДЕЛ II. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И УСТРОЙСТВ
Месяц, год 08, 2016
Индекс УДК 621.396.93
DOI 10.18522/2311-3103-2016-8-4858
Аннотация В ряде прикладных задач технической электродинамики, таких как дефектоскопия, радиочастотная томография, возникает необходимость строгого анализа электромагнитных полей рассеяния от неоднородных магнитодиэлектрических объектов. Результаты таких исследований используются для разработки средств неразрушающего контроля, создания новых конструкционных материалов с заданными электродинамическими свой-ствами, при решении вопросов электромагнитной совместимости и, особенно, при изучении взаимодействия электромагнитных волн с биологическими структурами. При этом во многих случаях требуется рассматривать объекты сравнительно простой формы (много-слойная сфера, цилиндр), но со сложной внутренней структурой. Например, при микроволновых исследований в медицинских целях для минимизации паразитного рассеяния облучае-мая модель (например, фантом с параметрами реальной биологической ткани) обычно размещается в цилиндрической кювете с согласующим раствором. В работе получено ре-шение модельной двумерной задачи возбуждения кругового цилиндра из однородного ди-электрика, во внутренней области которого имеется неоднородный диэлектрический объект для случая Н-поляризации падающего поля. Решение 2-мерной задачи возбуждения кругового цилиндра из однородного диэлектрика, во внутренней области которого имеется неоднородное включение, сведено к СЛАУ относительно значений поля в поперечном сече-нии включения. Особенность алгоритма состоит в сочетание строгих методов интегральных уравнений и собственных функций. Такой подход позволяет исключить интегрирование по объему однородной части или внешней границе структуры, повысив тем самым экономичность алгоритма. Использование функции Грина неограниченного пространства с параметрами вмещающей среды позволяет повысить вычислительную эффективность метода, поскольку неоднородным включением оказывается лишь область с ненулевым электродинамическим контрастом. При наличии сильного затухания в объеме однородной части цилиндра, характерного для биологических объектов, многие элементы матрицы СЛАУ будут близки к нулю, что можно учесть при составлении экономичных вычисли-тельных алгоритмов для матриц ленточного типа. Предложенная методика может быть обобщена для трехмерной модели, в случае, если ограничивающее однородное пространство представляет собой сферу.

Скачать в PDF

Ключевые слова Электромагнитное поле; вычислительный алгоритм; цилиндр; диэлектрик; инте-гральное уравнение; собственные функции.
Библиографический список 1. Рудаков М.Л. Модели биологических сред при исследовании взаимодействий с элек-тромагнитными полями в диапазоне радиочастот // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. – 1998. – № 2. – С. 68-75.
2. Ильинский А.С., Некрасов Л.М. Дифракция плоской электромагнитной волны на неод-нородном диэлектрическом цилиндре // Радиотехника и электроника. – 1995. – Т. 40,
№ 5. – С. 695-703.
3. Мукомолов А.И. Численный метод решения задач электромагнитного рассеяния на трехмерном магнитодиэлектрическом теле произвольной формы // Радиотехника и элек-троника. – 1995. – Т. 40, № 6. – С. 875-880.
4. Jensen M.A., Freeze J.D. A recursive Green’s function method for boundary integral analysis of inhomogeneous domains // IEEE Trans. – 1998. – Vol. AP-46, No. 12. – P. 1810-1818.
5. Lazzi G., Gandhi O.P. Realistically tilted and truncated anatomically based models of the human head for dosimetry of mobile telephones // IEEE Trans. – 1997. – Vol. EMC-39, No. 1.
– P. 55-60.
6. Кисель В.Н., Обуховец В.А. Вычислительная модель СВЧ интроскопии // Рассеяние элек-тромагнитных волн / под ред. Б.М. Петрова. – Таганрог: Радиотехнический ин-т, 1999.
– Вып. 11. – С. 42-47.
7. Candy V.J., Pichot Ch. Active microwave imaging: A model-based approach // IEEE Trans.
– 1991. – Vol. AP-39, No. 3. – P. 285-290.
8. Colburn J.S., Rahmat-Samii Ya. Human Proximity Effects on Circular Polarized Handset Antennas in Personal Satellite Communications // IEEE Trans. on AP. – 1998. – Vol. 46, No. 6. – P. 813-820.
9. Richmond J.H. Scattering by a dielectric cylinder of arbitrary cross section shape // IEEE Trans on AP. – 1965. – Vol. 13, No. 3. – P. 334-341.
10. Lin James C. Specific absorption rates (SARs) Induced in head tissues by microwave radiation from cell phones // IEEE AP Magazine. – 2000. – Vol. 42, No. 5. – P. 138-140.
11. Кисель В.Н., Обуховец В.А., Кисель Н.Н. Реконструкция строения проницаемых тел в диапазоне СВЧ // Антенны. – 2002. – Вып. 4 (59). – С. 42-45.
12. Кисель Н.Н., Клименко П.П. Математическое моделирование взаимодействия электро-магнитного поля с биологическими средами: монография. Депонирование ВИНИТИ
№ 1380-В 2006 от 14.11.06г. г. Москва. – 89 с.
13. Кисель Н.Н., Грищенко С.Г. Моделирование биологической структурированной ткани в виде решетки резистивных нитей // 24th Int. Crimean Conference “Microwave & Telecom-munication Technology” (CriMiCo’2014). 2014, 7-13 September, Sevastopol, Crimea, Russia. – P. 1065-1066.
14. Кисель Н.Н., Грищенко С.Г. Использование эффекта деполяризации электромагнитной волны для задач медицинской диагностики // Известия ЮФУ. Технические науки.
– 2014. – № 11 (160). – С. 99-109.
15. Кисель Н.Н. Исследование распределения электромагнитных полей внутри биологических объектов // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2016. – № 3 (176). – С. 65-75.
16. Kisel’ V.N., Alpatova A.V., Kisel’ N.N. Combined utilization of eigenfunctions and integral equations to calculate fields inside inhomogeneous dielectric bodies // Conf. Proc. 2000 Int. Conf. on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory (MMET2000), Kharkov, Ukraine, Sept. 11 15. – 2000. – Vol. 2. – P. 459-461.
17. Кисель Н.Н., Алпатова А.В., Кисель В.Н. Сочетание методов интегральных уравнений и собственных функций для расчета возбуждения кругового диэлектрического цилиндра с неоднородным включением // Антенны. – 2001. – Вып. 4 (50). – С. 54-60.
18. Alpatova A.V., Kisel’ N.N. Electromagnetic field calculation inside the dielectric sphere with inhomogeneous insertion // 2001 IEEE Antennas and Propagation Intern. Symp. Dig., Boston, July 2001. – Vol. 1. – P. 220-223.
19. Кисель В.Н., Алпатова А.В., Кисель Н.Н. Эффективный алгоритм расчета электромаг-нитного поля в неоднородном цилиндре // Известия ТРТУ. – 2001. – № 1 (19). – С. 28-34.
20. Kisel N.N., Alpatova A.V., Kisel’ V.N. A New Effective Algorithm For Heterogeneous Dielectric // EMC 2002, International Wrocław Symposium And Exhibition On Electromagnetic.
– Vol. 1. – P. 234-240.
21. Кисель Н.Н., Алпатова А.В., Кисель В.Н. Возбуждение неоднородного кругового ди-электрического цилиндра // Рассеяние электромагнитных волн / под ред. Б.М. Петрова.
– Таганрог: Радиотехнический ун-т, 2002. – Вып. 12. – С. 5-8.
22. Кисель Н.Н., Алпатова А.В., Кисель В.Н. Сочетание методов интегральных уравнений и собственных функций для расчета возбуждения кругового диэлектрического цилиндра с неоднородным включением // Антенны. – 2001. – Вып. 4 (50). – С. 54-60.

Comments are closed.