Проблема рассеяния и дифракции электромагнитных волн является одной из классических задач электродинамики, однако до сих пор она привлекает внимание теоретиков и экспериментаторов. С прикладной точки зрения это объясняется тем** что развитие радиотехники, и в особенности радиолокации, поставило перед теорией дифракции ряд новых актуальных проблем. С теоретической точки зрения непрерывный интерес к дифракции обусловлен тем, что по сути дела не существует общего метода решения дифракционных задач для тел произвольной формы с произвольными свойствами при произвольном падающем поле, так что практические запросы заставляют искать все новые пути теоретического подхода и разрабатывать специальны^- ме*го,$ы экспериментального исследования. В теории дифракции, особенно рельефно сказывается разрыв между небольшим число'м идеализированных задач, которые -способна рассмотреть теория, и бесконечным разнообразием реальных задач, каждодневно выдвигаемых практикой. В связи с этим особую важность приобретает вопрос о границах применимости различных теоретических подходов, о степени их точности, о возможности перенесения закономерностей, найденных в простейших, поддающихся теоретическому рассмотрению случаях, на более общие. Этот вопрос является основным предметом обсуждения" в монографии Кинга и У Тай-цзуня «Рассеяние и дифракция электромагнитных волн». Но, чтобы ответить на этот вопрос, нужно, прежде всего, обладать правильной методикой экспериментального исследования электромагнитного поля. Поэтому обсуждение методики эксперимента также занимает важное место в книге.
Предлагаемая вниманию читателей книга не является, энциклопедическим обзором всех работ по теоретическому и экспериментальному исследованию дифракции и рассеяния электромагнитных волн. Она охватывает главным образом результаты
большой программы исследований, осуществленной в Гарвардском университете в течение 1949—1959 гг. Сотрудниками лаборатории излучений была проделана очень большая теоретическая, расчетная и экспериментальная работа по определению полей рассеяния и сечений рассеяния для тел различной формы, оформленная в нескольких десятках малодоступных отчетов. Книга по существу является сводкой этих работ.
Поскольку по самому своему замыслу книга не представляет собой всестороннего обзора проблемы дифракции, приводимая В ней библиография также является далеко не полной, однако мы не считали целесообразным существенно ее пополнять. Более полную библиографию по теории дифракции, включающую также ряд важных работ советских авторов, читатель может найти в книге Дж. Р. Менцера «Дифракция и рассеяние радиоволн». '
Можно надеяться, что данная книга окажется полезной всем
физикам-и инженерам, которым приходится практически стал-
. киваться с вопросами рассеяния, дифракции и расдфдстране-
ния электромагнитных волн, расчетами и эксплуа"ши#еЙ''*<а!Ь
тенных устройств.^ '
Э, Бурштейн
*
Предисловие
Исследования основных проблем в области электромагнитного излучения проводятся уже в течение многих лет в лаборатории Крафта Гарвардского университета. С момента окончания второй мировой войны существенную часть этой работы составляло теоретическое и экспериментальное исследование дифракции и рассеяния электромагнитных волн. Вначале работа проводилась почти исключительно по договору № 5 ORI-76, Т; 0.1 [впоследствии — Nonr 1866 (32)] с Объединенной службой. С 1953 г. Кембриджский исследовательский центр военно-воздушных сил [договор AF 19(604)-786] стал оказывать дополнительную помощь в области специальных исследований отражения электромагнитных волн от поверхностей сложной формы. Поскольку вновь возникшие проблемы частично перекрывались уже проводившейся работой и требовали сходных методов исследования и аппаратуры, была разработана общая расширенная программа исследований, опиравшаяся на оба договора.
Настоящая монография представляет собой довольно подробное изложение результатов исследований (проведенных прежде всего в Гарвардском университете) тех вопросов рассеяния и дифракции, которые можно отнести к весьма обширной проблеме отражений от поверхностей сложной формы. Хотя основное внимание при этом уделяется электромагнитным волнам, принципиальные результаты имеют более общее значение, особенно теоретическая формулировка задач и математические методы решения. В связи с этим мы в некоторых местах даем ссылки на соответствующие акустические задачи.
Мы пытались в данной работе дать представление о предмете исследований в целом и о возникающих здесь проблемах. Эта книга — не всеобъемлющий обзор всех исследований в данной области, а скорее сборник избранных вопросов. Мы надеемся, что в ней содержится полезный обзор существенных моментов теоретических и экспериментальных исследований в этой области в целом, а также дается представление о встречающихся при этом трудностях. Можно полагать, что дополнение математиче-
ских представлений и экспериментальных исследований соответствующей физической интерпретацией явления поможет проще и яснее изложить ряд трудных вопросов. Описание математических методов решения и применяемой физической аппаратуры не входит в наши задачи.
Значительная часть излагаемых здесь результатов содержится в отчетах лаборатории Крафта и в других опубликованных ранее работах. В настоящей монографии представлены работы следующих сотрудников Гарвардского университета (не считая авторов работы), исследовавших различные вопросы отражения электромагнитных волн от поверхностей сложной формы: А. Л. Эйден, Л. Р. Олдридж, Б.-О. Ос, Д. Б. Брик, X. X. С. Чжан, С. Хуан, Д. Д. Кинг, Р. Д. Кодис, X. Левин, М. С. Макракис, Т. Морита, С X, Папас, У. Ф. Пиккард, Р. В. Роу, С. И. Рубинов, X. Д. Шмит, С. Р. Сешадри, ..Л. Сивик, И. .Стэкголд, Д. Э. Сторер, С. С.-Н. Тан, С. Л. Тан, Р. Д. Тернер-и Л. Ветцель. Авторы благодарны С. Р. Сешадри за просмотр всей рукописи и Дж. Д. Элдеру, научному редактору 'Гарвардского университетского' издательства, за ценную помощь при редактировании.
Расчет различных графиков проведен Барбарой Хэйс. Рукопись отпечатана и откорректирована в издательском отделе Лаборатории прикладных наук Гордона Мак-Кэя под наблюдением мисс М. К- Ахерн. Большая часть графиков подготовлена Эльмером Райзингом и его сотрудниками.
Авторы благодарны Управлению исследований военно-морских сил, войскам связи США и военно-воздушным силам за их щедрую поддержку. Кроме того, первый из авторов счастлив выразить свою признательность за помощь Гарвардскому университету, предоставившему ему отпуск, и фонду памяти Симона Гуггенхейма, принявшему его в число ч,ленов_ на времся подготовки рукописи. Второй автор благодарен обществу членов Гарвардского университета за то, что его поддержали как младшего члена, а также. профессору X. Левину и Стэнфордскому университету за предоставленную ему возможность исследования 'летом 1957 г.
Рональд У. П. Кинг, У Тай-цзунь.
Кембридж, январь 1959 г, '
ОГЛАВЛЕНИЕ
.' . I
Предисловие редактора перевода............ 5
Предисловие.......................... ,7
Глава 1. ТЕОРИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТ........,....... 9
§ 1. Постановка задачи и некоторые определения ........ 9
§ 2. Главные Элементы в задаче о рассеянии и дифракции
электромагнитных волн . ................. 14
§ 3. Препятствие....................... 15
. § 4. Источник.....................'...... \Ъ
'§. 5. Зонд..........................,...,.. 18
§ 6. Вспомогательная аппаратура......... ^. ....". 20
§ 7. Теория и действительность -. . . . . .............. 22
Литература.................................. 24
Глава 2. ТЕОРИЯ ДИФРАКЦИИ И РАССЕЯНИЯ НА КРУГОВОМ
ЦИЛИНДРЕ, ....................... 25
§ 8. Разложение по собственным функциям . . . ,...... 25
§ 9. Графическое представление дифрагировавшего поля для идеально провидящего цилиндра в случае, когда электрическое поле параллельно оси; ka = 3,1........... 27
§ 10. Отражение от плоскости; ka = co............. 30
§ 11. Общее описание дифрагировавшего поля цилиндра в случае,
когда электрическое поле параллельно оси; kq = 3,l . ... 32
§ 12. Графическое представление и описание дифракционного поля идеально проводящего цилиндра в случае, когда магнитное поле параллельно его оси; fca = 3,l. ....,, .......... 36
§ 13. Поверхностные токи на идеально проводящем круговом цилиндре в поле плоской волны; разложения по собственным функция'м........... . \ . ........ 40
§ 14. Выражение поля через поверхностный ток на препятствии 45 § 15. Асимптотические формулы для поверхностных токов на
круговых цилиндрах при больших значениях ka ...... 46
§ 16. Токи и поля для больших ka............... 54
§17. Полное сечение рассеяния.круговых.проэодядцих цилиндров 59 § 18. Сечение обратного рассеяния для проводящих, диэлектри-
ческих и поглощающих .круговых цилиндров • •...... 66
"§ 19. Дифракционное поле идеально проводящего кругового
цилиндра на высоких частотах (при больших ka)..... 70
Литература......................-.71
Глава 3. ДИФРАКЦИЯ И РАССЕЯНИЕ НА СФЕРЕ........ 73
§ 20. Дифракция на проводящей сфере............. 73
§ 21. Токи на проводящей сфере................ 75 •'
§ 22. Сечения рассеяния для сферы............... 76 •-•:
Литература........................ 78
Глава 4. ТЕОРИЯ ДИФРАКЦИИ И РАССЕЯНИЯ НА ПРЕПЯТ- ',
СТВИЯХ БОЛЕЕ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ.......... 80
§ 23.-Геометрическая теория дифракции............ 80
, § 24. Общее исследование дифракции на цилиндрах некруглого'
сечения.......................... 83
§ 25. Поверхностный ток на эллиптическом цилиндре...... 84
§ 26. Токи Фока........................ 87
§ 27. Рассеяние на параллельных круговых цилиндрах..... 91
§ 28. Рассеяние на тонких проводах и лентах; уменьшение рассеяния при реактивной нагрузке............... 94
§ 29. Рассеяние на петлях...................., 100
§ 30. Рассеяние на цилиндрических зеркалах и цилиндрах с вырезами........................... 102
Л и т е р а'т у-р а........................ 103
Глава 5. ТЕОРИЯ РАССЕЯНИЯ НА ДИСКЕ ИЛИ ЛЕНТЕ И ПРОХОЖДЕНИЯ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЕ............. 106
§ 31. Рассеяние на бесконечной ленте. Прохождение через щель 107
§ 32. Рассеяние на круглом диске. Прохождение через круглое
отверстие.............."........... 114
§ 33. Рассеяние на дисках и отверстиях более сложной формы.
Рассеяние волн с неплоским фронтом........... 119
Литература........................ч.' 125
Глава бГмЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СЕЧЕНИЯ ОБРАТНОГО РАССЕЯНИЯ ОТ ПРЕПЯТСТВИЙ............... 12а
§ 34. Измерение полного поля. Метод коэффициента стоячей
волны.......................... 129
§ 35. Измерение рассеянного поля методом компенсации .... 137
§ 36. Измерение рассеянного поля методом разделения сигналов
в тракте излучателя................... 140
. § 37. Измерение рассеянного поля методом разделения полей.
Расееиватели с симметрией вращения........... 142
§38. Измерение рассеянного поля методом частичного отражения . ..... ...... ................ 143
§ 39. Измерение рассеянного поля методом разделения по частоте
(эффект Допплера).................... 147
§ 40. Измерение рассеянного поля методом разделения по времени (импульсный метод) . ;................152
Литература.................'.......155
Глава 7. ИЗМЕРЕНИЕ ДИФРАКЦИОННЫХ ПОЛЕЙ .......157
§ 41. Измерения дифрагировавших полей для цилиндров -при
падающем электрическом поле, параллельном оси цилиндра 157 § 42. Измерения дифрагировавшего поля цилиндров круглого и эллиптического сечений при падающем электрическом поле,
перпендикулярном оси цилиндра..............166
§ 43. Дифракционное поле для двух параллельных проводящих цилиндров при падающем электрическом поле, параллельном их осям.......................170
§ 44. Измерение полей, дифрагировавших на трехмерных Препятствиях — сферах и эллипсоидах..............171
§ 45. Измерение коэффициентов пропускания через отверстие . . 175 § 46. Измерение дифракционных полей для отверстий. Поле бесконечной щели...................... 178
§ 47. Измерение поля круглого отверстия ....'...-.....179
§ 48. Дополнительные препятствия...............180
§ 49. Заключение.............,-. .'........ 181
Литература......................• . 181
Приложение. Графики поверхностных токов и сечений рассеяния
для проводящих сфер.....................184
Литература . . . . . ................... 190
Цена: 150руб.
