ISBN 978-5-9963-2996-0 В книге изучается дифракция акустических и электромагнитных волн на телах, б´ ольших по сравнению с длиной волны. <...> Теорема о теневом контуре и полный поперечник рассеяния . <...> Дифракция на клине: поле, излучаемое неравномерной компонентой поверхностных источников . <...> Первичная дифракция на лентах и полигональных цилиндрах . <...> Осесимметричное рассеяние акустических волн на телах вращения . <...> Приближение физической оптики для рассеянного поля . <...> ФТД первого порядка с усеченными источниками jh () 1 . <...> Рассеяние на конусах: поле на фокальной линии . <...> Тела вращения с ненулевой гауссовой кривизной: обратное рассеяние . <...> Поле на фокальной линии: ФТД первого порядка . <...> Тела вращения с ненулевой гауссовой кривизной: осесимметричное бистатическое рассеяние . <...> Элементарные акустические и электромагнитные краевые волны . <...> Интегральные представления для неравномерных компонент поверхностных источников jsh, () 1 . <...> Многократная дифракция краевых волн: скользящее падение и дифракция волн с нулем диаграммы направленности (slope diffraction). <...> Дифракция волн с нулем диаграммы направленности (slope diffraction) . <...> Дифракция волн с нулем диаграммы направленности: общий случай slope diffraction . <...> Фокусировка многократных краевых волн при дифракции на выпуклых телах вращения с плоским торцом . <...> Многократная дифракция на акустически мягком теле . <...> Фокусировка многократных краевых волн при дифракции на диске . <...> Многократная дифракция на акустически жестком диске . <...> Многократная дифракция на акустически мягком диске . <...> Теневое излучение как компонента рассеянного поля . <...> ) Физическая теория дифракции (ФТД), предложенная профессором Уфимцевым в 1950-е годы, — методология для приближенной оценки высокочастотного рассеяния на телах, особенно на телах сложной формы — убедительно доказала, что она действительно является великой идеей. <...> Физический принцип показывает, как рассеянное поле вне рассеивающего тела может быть определено с помощью интеграла от соответствующих <...>
Основы_физической_теории_дифракции.pdf
П. Я. Уфимцев
Основы
физической теории
дифракции
Авторский перевод с английского
П. Я. Уфимцева
4-е издание, электронное
Москва
Лаборатория знаний
2020
Стр.4
УДК 535
ББК 22.343
У88
Уфимцев П. Я.
У88 Основы физической теории дифракции / П. Я. Уфимцев ;
пер. с англ. — 4-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний,
2020. — 353 с. — Систем. требования: Adobe Reader XI ;
экран 10".— Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-00101-762-2
В книге изучается дифракция акустических и электромагнитных волн
на телах, б´ольших по сравнению с длиной волны. Развитая в ней
асимптотическая теория может быть полезна при решении разнообразных
дифракционных задач, возникающих, например, в таких областях техники,
как проектирование микроволновых антенн, конструирование акустических
барьеров для снижения уровня шумов, мобильная и спутниковая радиосвязь,
стелс-технология по созданию объектов, невидимых для радаров и сонаров.
Для научных сотрудников, преподавателей вузов, аспирантов и студентов
старших курсов, изучающих дифракционные явления в таких дисциплинах,
как акустика, оптика, радиофизика, математическая физика и т. д.
УДК 535
ББК 22.343
Деривативное издание на основе печатного аналога: Основы физической
теории дифракции / П. Я. Уфимцев ; пер. с англ. — М. : БИНОМ.
Лаборатория знаний, 2009. — 350 с. : ил. — ISBN 978-5-94774-919-9.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать
от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации
ISBN 978-5-00101-762-2
Copyright ○c 2007 by John Wiley & Sons, Inc. All Rights Reserved.
○c Перевод на русский язык, Лаборатория знаний, 2015
This EBook is published under license with the original
publisher John Wiley & Sons, Ltd.
Стр.5
Оглавление
Предисловие ................................... 10
Предисловие автора к американскому изданию............... 15
Благодарности .................................. 17
Введение...................................... 18
Глава 1. Основные понятия в теории дифракции акустических
и электромагнитных волн ...................... 23
1.1. Формулировка дифракционных задач ................. 23
1.2. Рассеянное поле в дальней зоне .................... 25
1.3. Физическая оптика............................ 29
1.3.1. Определение физической оптики ................ 29
1.3.2. Полный поперечник рассеяния ................. 32
1.3.3. Оптическая теорема ....................... 33
1.3.4. Теневое излучение ........................ 34
1.3.5. Теорема о теневом контуре и полный поперечник рассеяния . 39
1.3.6. Перечень свойств физической оптики ............. 42
1.4. Неравномерная компонента поверхностного поля .......... 43
1.5. Электромагнитные волны........................ 46
Задачи ..................................... 50
Глава 2. Дифракция на клине: точное решение и асимптотики ..... 53
2.1. Классические решения ......................... 53
2.2. Возбуждение плоской волной ..................... 58
2.3. Преобразование рядов в интегралы Зоммерфельда .......... 60
2.4. Лучевые асимптотики Зоммерфельда ................. 65
2.5. Асимптотики Паули ........................... 67
2.6. Равномерные асимптотики: обобщение метода Паули ........ 72
2.7. Комментарии к альтернативным асимптотикам............ 76
Задачи ..................................... 77
Глава 3. Дифракция на клине: приближение физической оптики .... 80
3.1. Исходные интегралы физической оптики................ 80
3.2. Преобразование интегралов ФО в каноническую форму ....... 83
Стр.6
6
Оглавление
3.3. Лучевые асимптотики для дифракционного поля
в приближении ФО ........................... 87
Задачи ..................................... 89
Глава 4. Дифракция на клине: поле, излучаемое неравномерной
компонентой поверхностных источников ............. 90
4.1. Интегралы и асимптотики........................ 90
4.2. Интегральная форма функций f (1) и g(1) ................ 95
4.3. Наклонное падение плоской волны на клин .............. 97
4.3.1. Акустические волны ....................... 97
4.3.2. Поляризационная связь электромагнитных волн ....... 101
Задачи .................................... 104
Глава 5. Первичная дифракция на лентах и полигональных
цилиндрах ............................... 105
5.1. Дифракция на ленте .......................... 105
5.1.1. Приближение физической оптики для рассеянного поля . . 106
5.1.2. Полное рассеянное поле .................... 109
5.1.3. Численный анализ рассеянного поля ............. 113
5.1.4. ФТД первого порядка с усеченными источниками jh
()1 .... 116
5.2. Дифракция на трехгранном цилиндре ................ 121
5.2.1. Симметричное рассеяние: приближение ФО ......... 121
5.2.2. Обратное рассеяние: приближение ФО ............ 124
5.2.3. Симметричное рассеяние: ФТД первого порядка....... 126
5.2.4. Обратное рассеяние: ФТД первого порядка .......... 129
5.2.5. Численный анализ рассеянного поля ............. 131
Задачи .................................... 133
Глава 6. Осесимметричное рассеяние акустических волн на телах
вращения ............................... 137
6.1. Дифракция на канонической конической поверхности ....... 137
6.1.1. Интегралы для рассеянного поля................ 138
6.1.2. Лучевые асимптотики...................... 140
6.1.3. Фокусировка краевызх волн .................. 146
6.1.4. Интерполяция для поля ush,
()1 с помощью функций Бесселя . . 148
6.2. Рассеяние на диске ........................... 149
6.2.1. Приближение физической оптики ............... 150
6.2.2. Поле, излучаемое неравномерными поверхностными
источниками ........................... 152
6.2.3. Полное рассеянное поле .................... 154
6.3. Рассеяние на конусах: поле на фокальной линии .......... 156
6.3.1. Асимптотики .......................... 156
6.3.2. Численный анализ обратного рассеяния............ 160
6.4. Тела вращения с ненулевой гауссовой кривизной: обратное
рассеяние ................................ 163
Стр.7
Оглавление
7
6.4.1. Приближение ФО ........................ 164
6.4.2. Обратное рассеяние. Поле на фокальной линии:
ФТД первого порядка ...................... 166
6.4.3. Обратное рассеяние от параболоидов ............. 167
6.4.4. Обратное рассеяние от сферических сегментов........ 172
6.5. Тела вращения с ненулевой гауссовой кривизной: осесимметричное
бистатическое рассеяние ....................... 175
6.5.1. Лучевые асимптотики для поля в приближении ФО ..... 177
6.5.2. Приближение ФО: интерполяция с функциями Бесселя
для поля в области Ē – ę2ţ2t2ţ2Ē ................ 180
6.5.3. Приближение ФТД: интерполяция с функциями Бесселя
для поля в области Ē – ę2ţ2t2ţ2Ē ................ 181
6.5.4. ФТД-асимптотики для поля в области Pę2ţ2t2ţ2Ē – ę
вдали от геометрооптической границы t2a 2ę ........ 182
6.5.5. Равномерные асимптотики для поля ФО в лучевой области
2ę < tţĒ – ę, включая ее границу t2a 2ę .......... 182
6.5.6. Аппроксимация ФО-поля в области тени для отраженных
лучей ............................... 186
Задачи .................................... 187
Глава 7. Элементарные акустические и электромагнитные краевые
волны ................................. 189
7.1. Элементарные полоски на каноническом клине ........... 190
7.2. Интегральные представления для неравномерных компонент
поверхностных источников jsh,
()1 .................... 192
7.3. Трехкратные интегралы для элементарных краевых волн ..... 195
7.4. Преобразование трехкратных интегралов в однократные . . .... 198
7.5. Асимптотики для элементарных краевых волн ........... 203
7.6. Аналитические свойства элементарных краевых волн ....... 207
7.7. Численные расчеты элементарных краевых волн .......... 211
7.8. Электромагнитные элементарные краевые волны .......... 214
7.9. Устранение сингулярностей при скользящих направлениях
Ć0 = Ē и Ć0 = – Ē ........................... 218
7.9.1. Акустические волны ...................... 219
7.9.2. Электромагнитные ЭКВ .................... 224
7.10. Некоторые публикации других авторов, имеющие отношение
к элементарным краевым волнам .................. 229
Задачи .................................... 230
Глава 8. Лучевые и каустические асимптотики для краевых
дифракционных волн ........................ 234
8.1. Лучевые асимптотики ......................... 234
8.1.1. Акустические волны ...................... 234
8.1.2. Электромагнитные волны.................... 239
8.1.3. Комментарии к лучевым асимптотикам ............ 240
Стр.8
8
Оглавление
8.2. Каустические асимптотики ...................... 242
8.2.1 Акустические волны ....................... 242
8.2.2. Электромагнитные волны.................... 246
Задачи .................................... 248
Глава 9. Многократная дифракция краевых волн: скользящее
падение и дифракция волн с нулем диаграммы
направленности (slope diffraction).................. 250
9.1. Постановка задачи и библиография.................. 250
9.2. Дифракция скользящих волн ..................... 251
9.2.1. Акустические волны ...................... 252
9.2.2. Электромагнитные волны.................... 256
9.3. Дифракция волн с нулем диаграммы направленности
(slope diffraction) ............................ 257
9.3.1. Акустические волны ...................... 257
9.3.2. Электромагнитные волны.................... 260
9.4. Дифракция волн с нулем диаграммы направленности:
общий случай slope diffraction .................... 261
9.4.1. Акустические волны ...................... 261
9.4.2. Электромагнитные волны.................... 264
Задачи .................................... 267
Глава 10. Дифракционное взаимодействие краев на линейчатой
поверхности ............................. 268
10.1. Дифракция на акустически жесткой поверхности ......... 269
10.2. Дифракция на акустически мягкой поверхности .......... 271
10.3. Дифракция электромагнитных волн ................. 273
Задачи .................................... 275
Глава 11. Фокусировка многократных краевых волн при дифракции
на выпуклых телах вращения с плоским торцом ....... 276
11.1. Постановка задачи и ее характерные черты............. 276
11.2. Многократная дифракция на акустически жестком теле. . .... 278
11.3. Многократная дифракция на акустически мягком теле . . .... 279
Задачи .................................... 281
Глава 12. Фокусировка многократных краевых волн при дифракции
на диске ............................... 282
12.1. Многократная дифракция на акустически жестком диске ..... 282
12.2. Многократная дифракция на акустически мягком диске ..... 285
12.3. Многократная дифракция электромагнитных волн ........ 289
Задачи .................................... 290
Глава 13. Обратное рассеяние на цилиндре конечной длины . . .... 291
13.1. Акустические волны ......................... 291
13.1.1. Приближение физической оптики .............. 291
Стр.9
Оглавление
9
13.1.2. Поле, создаваемое неравномерной компонентой j()1 .... 295
13.1.3. Полное рассеянное поле .................... 299
13.2. Электромагнитные волны ...................... 301
13.2.1. E-поляризация ......................... 301
13.2.2. H-поляризация ......................... 305
Задачи .................................... 307
Глава 14. Бистатическое рассеяние на цилиндре конечной длины . . . 309
14.1. Акустические волны ......................... 309
14.1.1. Приближение физической оптики .............. 310
14.1.2. Теневое излучение как компонента рассеянного поля . . . 313
14.1.3. ФТД для поля, рассеянного жестким цилиндром . . .... 314
14.1.4. Пучки и лучи в рассеянном поле ............... 318
14.1.5. Уточненные асимптотики для пучка, зеркально
отраженного от цилиндрической поверхности........ 321
14.2. Электромагнитные волны ...................... 325
14.2.1. Е- поляризация ......................... 325
14.2.2. Н-поляризация ......................... 327
14.2.3. Уточненные асимптотики для пучка, зеркально
отраженного от цилиндрической поверхности ....... 329
Задачи .................................... 332
Заключение ................................... 335
Литература ................................... 336
Предметный указатель............................. 346
Стр.10