Т.Ю. Привалова1, Ю.В. Юханов2

1,2 Южный федеральный университет (г. Ростов-на-Дону - г. Таганрог, Россия)

1 tatyana.privalova@gmail.com; 2 yu_yukhanov@mail.ru

Постановка проблемы. В настоящее время разработка систем и устройств на основе метаповерхностей (MTS), представляющих собой многослойные неоднородные анизотропные структуры, является важной практической задачей как для антенных систем различного назначения, так и для радиотехнических комплексов (РТК). Описание сложных законов изменения электродинамических параметров материалов и геометрические формы отражателя с применением импедансных граничных условий Леонтовича позволяет значительно упростить и ускорить решение указанных задач без существенной потери точности. Замена реальных конструкций на импедансные модели дает возможность исследовать их общие свойства, не привязываясь к конкретной конструктивной реализации. Однако при этом необходимо иметь информацию о предельно достижимых характеристиках излучения и рассеяния проектируемых устройств. Для их оценки удобно использовать модель черного тела, чьи параметры можно считать предельно достижимыми.

Цель. Представить импедансную модель черной анизотропной поверхности и проанализировать ее характеристики рассеяния.

Результаты. Рассмотрена модель черного анизотропного тела, реализованная частой решеткой ортогональных импедансных полос с переменной в общем случае ориентацией на поверхности. На примере плоских поверхностей и тел произвольной формы показано, что импеданс черного анизотропного тела представляет собой комплексную величину, реальная часть которого (резистанс) может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Определены секторы углов падения, в которых резистанс обращается в ноль, определяя границу, после которой он становится отрицательным. Подтверждено, что импедансную черную поверхность можно считать моделью неотражающей плоскости, на которой наблюдается явление Брюстера.

Практическая значимость. Представленная модель черной анизотропной поверхности может быть использована при проектировании объектов с управляемыми характеристиками излучения и рассеяния.

Привалова Т.Ю., Юханов Ю.В. Импедансная модель черного тела // Радиотехника. 2026. Т. 90. № 1. С. 141−156. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202601-14

1. Kitsuregawa Takashi. Advanced technology in satellite communication antennas. Electrical and mechanical design. Artech House Boston. London. 1989.
2. Tumma D. Vani, Konidala R. Subhashini. Design approach of multibeam using phased array antenna aided with Butler matrix for a fixed coverage area // Progress in Electromagnetics Research B. 2018. V. 80. Р. 133–149.
3. Short I., Chen K.M. Backscattering from an impedance loaded slotted cylinder // IEEE Trans. 1969. V. AP-14. № 6.
4. Петров Б.М., Семенихин А.И. Управляемые импедансные покрытия и структуры // Зарубежная радиоэлектроника. 1994.
   № 6. С. 9-16.
5. Smart structures and materials - implications for military aircraft of new generation // December 1996. Edition: AGARD-LS-205. Publisher: NATO AGARD.
6. Niemi T., Karilainen A., Tretyakov S. Synthesis of polarization transformers // IEEE Trans. Antennas Propag. June 2013. V. 61.
   № 6. Р. 3102–3111.
7. Minatti G., Sabbadini M., Maci S. Anisotropic surface boundary conditions and their implementations // 2013 International Symposium on Electromagnetic Theory. 2013. Р. 660–663.
8. Whites K.W., Mittra R. A systematic study of the impedance boundary condition (EM scattering) // International Symposium on Antennas and Propagation Society. Merging Technologies for the 90's. Dallas. TX. USA. 1990. V. 2. Р. 870-873. DOI: 10.1109/APS.1990.115246.
9. Kishk A.A. Electromagnetic scattering from two dimensional anisotropic impedance objects under oblique plane wave incidence // ACES Journal. 1995. V. 10. № 3. Р. 81–92.
10. Kishk A. Electromagnetic scattering from composite objects using a mixture of exact and impedance boundary conditions // IEEE Trans. Antennas Propagation. June 1991. V. AP-39. № 6. Р. 826-833.
11. Yan Jun, Richard R.K., Kishk A.A. Electromagnetic scattering from impedance elliptic cylinders using finite deference method (oblique incidence) // Journal of Electromagnetics. 1995. V. 15. № 2. Р. 157-173.
12. Beggs J.H., Luebbers R.J., Yee K.S., Kunz K.S. Finite-difference time-domain implementation of surface impedance boundary conditions // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Jan. 1992. V. 40. № 1. Р. 49-56. DOI: 10.1109/8.123352.
13. Xiao Liu, Fan Yang, Maokun Li, Shenheng Xu. Generalized boundary conditions in surface electromagnetics: Fundamental theorems and surface characterizations // Applied Sciences. 2019. V. 9. № 9. Р. 1891.
14. Akduman I., Kress R. Direct and inverse scattering problems for inhomogeneous impedance cylinders of arbitrary shape // Radio Sci. 2003. V. 38(3). Р. 1055. DOI: 10.1029/2002RS002631.
15. Doumanis E., Goussetis G., Gomez-Tornero J.L., Cahill R., Fusco V. Single layer anisotropic impedance surface for linear to circular polarization conversion in Reflect mode // Proceedings of the 5th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP). 2011. Р. 1666–1670.
16. Захарьев Л.Н., Леманский А.А. Рассеяние волн «черными» телами». М.: Советское радио. 1972. С. 34-48.
17. Петров Б.М., Юханов Ю.В. Обратная задача рассеяния для импедансного цилиндра произвольного сечения // Известия вузов СССР. Сер. Радиоэлектроника. 1980. Т. ХХII. № 9. С. 78-81.
18. Семенихин А.И. Импедансная модель «черных» состояний цилиндрического интеллектуального покрытия на основе твист-эффекта // Антенны. 2001. № 4(50). С. 20-26.
19. Семенихин А.И. Инвариантные свойства поляризационных диаграмм и матриц рассеяния интеллектуальных цилиндрических покрытий // Антенны. 2002. № 4(59). С. 46-52.
20. Семенихин А.И. Инвариантные свойства анизотропных импедансных Z-покрытий и импедансных моделей черных тел // Антенны. 2003. № 6(73). С. 48-53.
21. Yukhanov Yu.V., Privalova T.Yu. Synthesis of the anisotropic impedance plane for the given direction and polarization of a reflected wave // Journal of Communications Technology and Electronics. 2020. V. 65. Р. 389-397. DOI: 10.1134/S1064226920040105. https://link.springer.com/article/10.1134/S1064226920040105.
22. Уфимцев П.Я. Теория дифракционных краевых волн в электродинамике. Введение в физическую теорию дифракции / Пер. с англ. Изд. 5-е, электронное. М.: Лаборатория знаний. 2020. 375 с.
23. Kurushin E.P., Nefedov E.I., Fialkovski A.T. Diffraction of electromagnetic waves on anisotropic structures. M.: Nauka. 1975. 196 p.
24. Privalova T.Y., Yukhanov Y.V. The reflection coefficients of an anisotropic impedance plane that converts several incident waves into an arbitrary number of reflected waves at given polarizations // 2019 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW). Divnomorskoe. Russia. 2019. Р. 36-39. DOI: 10.1109/RSEMW.2019.8792714.
25. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн. М.-Л.: Энергия. 1967. 376 с.
26. Doumanis E.,  Goussetis G.,  Gomez-Tornero J. L.,  Cahill R., Fusco V. anisotropic impedance surfaces for linear to circular polarization conversion // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2012. V. 60. Is. 1. Р. 212–219.
27. Karkkainen K., Stuchly M. Frequency selective surface as a polarization transformer // Inst. Elect. Electr. Proc. Microw. Antennas Propag. 2002. V. 149. № 516. Р. 248–252.
28. Niemi T., Karilainen A., Tretyakov S. Synthesis of polarization transformers // IEEE Trans. Antennas Propag. June 2013. V. 61.
    № 6. Р. 3102– 3111.
29. Glisson A.W. Electromagnetic scattering by an arbitrarily shaped surface with an anisotropic impedance boundary condition // ACES Journal. 1995. V. 10. № 3 (Special issue on advances in the application of method of moments to electromagnetic radiation and scattering problems). Р. 93-106.
30. Miller M.A., Talanov V.I. Use of concept of a superficial impedance in the theory of superficial electromagnetic waves // Radiophysics. 1961. V. 4. № 5. Р. 795-830.